TermodinámicaQUIMICA APLICADA

Estudio científico de La ENERGÍA

y sus transformaciones.

Termoquímica Termodinámica

Introducción a la termodinámica

• Abiertos: intercambian m y E• Cerrados: intercambian solo E• Aislados: no hay intercambio

Propiedades: Intensivas: no dependen de la masa. Ej: T, P, Extensivas: dependen de la masa. Ej: V, m, E

Algunas definiciones:

Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio.

Entorno, alrededores, ambiente: Resto del universo

Funciones de estado

P, V, T, E, H, S, G entre otras.

Independientes de la trayectoria.

Cuando cambia el estado de un sistema, el valor del cambio de una función de estado , depende únicamente del estado inicial y final del sistema.

Calor y Trabajo no son funciones de estado

ΔE univ = ΔE sist + ΔE alr = 0

ΔE sist = - ΔE alr Si un sistema sufre un Si un sistema sufre un ΔΔE, el univ. E, el univ. o el entorno deben mostrar un o el entorno deben mostrar un

cambio igual pero de signo cambio igual pero de signo contrariocontrario

1° principio de la Termodinámica1° principio de la TermodinámicaLa energía no se crea ni se destruyese convierte de una forma en otra

E interna = EC + EP

•Energía cinética

traslacional.

•Rotación molecular.

•Energía vibracional.

•Electrones.

•Atracciones

intermoleculares.

•Enlaces químicos.

E sist = E interna

1° principio de la Termodinámica1° principio de la Termodinámica

1° principio de la Termodinámica1° principio de la Termodinámica

Lo que se puede medir es el CAMBIO de ΔE interna

Sistema+ -

Calor absorbidopor el sistema

Trabajo realizadosobre el sistema

Calor liberado por el sistema

Trabajo realizadopor el sistema

Ninguno viola el 1° principio, pero solo uno de los casos es espontáneo

Proceso exotérmico no es necesariamente Proceso exotérmico no es necesariamente espontáneoespontáneo

Ej: HEj: H22O O ((ll)) → H → H22O O ((ss))

HH00 = -6.01 kJ = -6.01 kJ

No es espontáneo por encima de 0°CNo es espontáneo por encima de 0°C

Ej: CHEj: CH44 ((gg)) + O + O2 (2 (gg)) → CO → CO22 ((gg)) + H + H22O O ((ll))

HH00 = -890 kJ = -890 kJ

Combustión : Proceso espontáneoCombustión : Proceso espontáneo

ENTROPÍA Es una medida del desorden del sistema.

Entropía : desorden de un sistema; > desorden >S

Entropía absoluta siempre: S>0

ENTROPÍA

Entropía es función de estado: S = Sf - Si

Entropía estándar medida a 1 atm: S°Condición estándar

Unidades: J/K.mol

Si S > 0 el sistema se desordena

Si S < 0 el sistema se ordena

La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo

Suniv = Ssist + S alr > 0 Espontáneo

permanece inalterada en un proceso de equilibrio

Suniv = Ssist + S alr = 0 Equilibrio

2° Principio de la Termodinámica2° Principio de la Termodinámica

Procesos con aumento de entropíaProcesos con aumento de entropía

Para toda sustancia la entropía aumenta Para toda sustancia la entropía aumenta en el orden en el orden

SSsólidosólido < < SSlíquidolíquido << << SSgasgas

La mezcla de sustancias o la disolución La mezcla de sustancias o la disolución de un sólido en un líquido aumenta la de un sólido en un líquido aumenta la entropía del sistema.entropía del sistema.

La entropía de cualquier sustancia se La entropía de cualquier sustancia se incrementa si su temperatura aumenta.incrementa si su temperatura aumenta.

Un incremento de la cantidad de moles Un incremento de la cantidad de moles de sustancias gaseosas aumenta la de sustancias gaseosas aumenta la entropía del sistema.entropía del sistema.

aA + bB cC + dD

S0r dS0(D)cS0(C)= [ + ] - bS0(B)aS0(A)[ + ]

S0

rnS0(productos)= mS0(reactivos)-

Entropía estándar de reacción (S0 ) Cambio de entropía para una reacción realizada en 1 atm

S0(CO) = 197.9 J/K•mol

S0(O2) = 205.0 J/K•mol

S0(CO2) = 213.6 J/K•mol

S0r = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]

S0r = 427,2 – [395,8 + 205,0] = -173,6 J/K.mol

¿Cuál es el cambio de entropía estándar para la siguiente reacción a 25°C?

2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)

Entropía absoluta :

S = Sf – Si

Como Si = 0

S = Sf

3° Principio de la Termodinámica:3° Principio de la Termodinámica: La entropía de una sustancia cristalina perfecta es 0 a 0 KLa entropía de una sustancia cristalina perfecta es 0 a 0 K

G = H –TSG = H –TS

Para un proceso a Para un proceso a Temperatura constanteTemperatura constante::

Energía libre de GibbsEnergía libre de Gibbs

G < 0 La reacción es espontáneaG < 0 La reacción es espontánea

G > 0 La reacción no es espontánea G > 0 La reacción no es espontánea

G = 0 La reacción está en equilibrioG = 0 La reacción está en equilibrio

La energía libre es la energía disponible para realizar trabajo La energía libre es la energía disponible para realizar trabajo (energía útil)(energía útil)

G = G = HHsistsist –T –T SSsistsist

GG = = HH – – TTSS HH SS GG

> 0> 0 > 0> 0 Reacción Reacción espontáneaespontánea a altas a altas temperaturastemperaturas

> 0> 0 < 0< 0 Siempre > 0, Siempre > 0, NO espontáneaNO espontánea

< 0< 0 > 0> 0 Siempre < 0, Siempre < 0, Siempre espontáneaSiempre espontánea a a cualquier Tcualquier T

< 0< 0 < 0< 0 Reacción Reacción espontáneaespontánea a bajas a bajas temperaturastemperaturas

Energía libre de GibbsEnergía libre de Gibbs

2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)

G0r nG0 (productos)f= mG0 (reactivos)f-

¿Cuál es el cambio de energía libre estándar para la reacción siguiente a 25 °C?

G0r 6G0 (H2O)f12G0 (CO2)f= [ + ] - 2G0 (C6H6)f[ ]

G0r = [ 12x–394,4 + 6x–237,2 ] – [ 2x124,5 ] = -6405 kJ

¿Es la reacción espontánea a 25 0C?

G0 = -6405 kJ < 0 Espontánea