CONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICACONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICA

Profe: Gabriela Valenzuela Arce

Termodinámica

La Termodinámica estudia los intercambios energéticos que acompañan a los fenómenos físico-químicos.

Al estudiar el intercambio de energía entre un sistema y su entorno, se puede predecir en qué sentido puede ocurrir el cambio químico o físico.

En ese aspecto, la Termodinámica predice:

si los reaccionantes se transforman en productos, o sea, si la reacción es espontánea o no.

en qué medida ocurre el cambio, o sea, las cantidades de productos que se obtienen y la cantidad de reaccionantes que quedan sin reaccionar una vez terminada la reacción, o sea, cuando se alcanza el estado de equilibrio.

Termodinámica

A la Termodinámica:

sólo le interesa el estado inicial y el estado final (no le importa cómo ocurre la reacción).

no le interesa el tiempo que demora en ocurrir el proceso.

para estudiar el proceso mide propiedades macroscópicas, tales como:

temperatura, presión, volumen.

Termodinámica

Sistema: parte del universo que va a ser estudiado y para lo cual se le ponen límites físicos o imaginarios. Puede ser:

sistema abierto: intercambia materia y energía con el medio . Ej: la célula.

sistema cerrado: sólo intercambia energía con el medio. Ej: una estufa.

sistema aislado: no intercambia materia ni energía. Ej: café caliente en el interior de un termo aislado.

Termodinámica: conceptos básicos

6

Entorno: porción del universo que está fuera de los límites del sistema. En él hacemos observaciones sobre la energía transferida al interior o al exterior del sistema.

Por ejemplo, un vaso de precipitado con una mezcla de reacción puede ser el sistema y el baño de agua donde se sumerge el vaso constituye el medio ambiente.

Termodinámica: conceptos básicos

Para definir un proceso termodinámico basta establecer la diferencia entre el estado final y el estado inicial de sus propiedades macroscópicas, las cuales se llaman funciones de estado, como

temperatura presión volumen

Termodinámica: conceptos básicos

Estado termodinámico: es la condición en la que se encuentra el sistema. Cada estado termodinámico se define por un conjunto de sus propiedades macroscópicas llamadas funciones de estado.

Las funciones de estado sólo dependen del estado inicial y del estado final y no dependen de cómo ocurrió el proceso. Las funciones de estado son:

T = temperatura P = presión V = volumen E = energía interna H = entalpía S = entropía G = energía libre

Funciones de estado

Las funciones de estado se escriben con mayúsculas. Otras funciones que dependen de cómo se realice el proceso no son termodinámicas y se escriben con minúsculas. Estas son: q = calor w = trabajo

Energía interna y temperatura

Energía interna: es la capacidad de un sistema para realizar un trabajo. Tiene que ver con la estructura del sistema. Se debe a la energía cinética de las moléculas, la energía de vibración de los átomos y a la energía de los enlaces. No se puede conocer su valor absoluto, sólo la diferencia al ocurrir un cambio en el sistema: E. Es una función de estado.Temperatura (T): es una función de estado y corresponde al promedio de la energía cinético molecular de un sistema gaseoso.

11

Temperatura (T)

30 °C30 °C

q1 q2

20 °C 20 °C

12

q1 q2>T1 T2=¿T?

13q1

Ec

14

Ec

q1

15

2

Ec 1(promedio)

1

Ec 2(promedio)=

T1 = T2

Calor y trabajo

Calor (q): es la energía transferida entre el sistema y su ambiente debido a que existe entre ambos una diferencia de temperatura. No es una función de estado.

Calor y trabajo

Trabajo (w): es la energía transferida entre el sistema y su ambiente a través de un proceso equivalente a elevar un peso. No es una función de estado.

Tipos de trabajo: expansión, extensión, elevación de un peso, eléctrico, etc.

Todas las formas de energía, por lo tanto también el calor y el trabajo,se expresan en las mismas unidades:Caloría: es la energía necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de un gramo de agua.

Erg (CGS): es el trabajo necesario para mover un cuerpo en 1 centímetro cuando éste resiste con la fuerza de 1 dina.

Joule (MKS): es el trabajo necesario para mover un cuerpo en 1 metro cuando éste resiste con la fuerza de 1 newton.

Litro-atmósfera: es el trabajo que realiza un sistema gaseoso al cambiar su volumen en 1 litro contra una presión de 1 atmósfera.

Unidades de energía

1 cal = 4,18 Joule

1 Joule = 1 x 107 erg

La constante de los gases R:

R = 1,987 cal/ °K x mol

R = 0,082 L x atm/ mol x °K

R = 8,315 J / mol x ºK

Unidades de energía