TERMODINÁMICTERMODINÁMICAA

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

ALREDEDORES

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

ALREDEDORES ALREDEDORES

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

FASES: Partes de composición uniforme

•HOMOGÉNEOS•HETEROGÉNEOS

Se describen mediante FUNCIONES DE ESTADO

Sus valores sólo dependen del estado del sistema, no del camino seguido hasta alcanzarlo. Su variación sólo depende del estado final e inicial del sistema, no de la forma en la que se ha producido la variación.Ej: GASES: P, V, T

Se relacionan entre sí mediante ECUACIONES DE ESTADO:

P·V = n·R·T

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

ESTADO DE EQUILIBRIO

Aquel en el que no hay variación de:

• TEMPERATURA: La misma en el Sistema y los Alrededores• COMPOSICIÓN: Ausencia de reacciones netas• PROPIEDADES MECÁNICAS: Sin movimiento macroscópico

TRANSFORMACIONES

Reversibles: Suceden a través de estados de equilibrio continuos (Muy lentamente)

Irreversibles: No hay equilibrio durante la transformación

ADIABÁTICAS: Q cte.ISOTÉRMICAS: T cte.ISÓBARAS: P cte.ISÓCORAS: V cte.

ENERGÍA INTERNAENERGÍA INTERNA

SISTEMAS MATERIALES

ENERGÍA INTERNA

E. CINÉTICA TEMPERATURA

E. POTENCIALENLACES

Un sistema intercambia energía a través de dos mecanismos:

TRABAJO (W): Intercambio de Energía Mecánica (Cinética o Potencial)

CALOR (Q) : Intercambio entre objetos a diferente Temperatura

TRABAJO DE EXPANSIÓN DE UN GAS

VPePsi

dVPW

drAPdrFW

EX

V

VEX

EXEX

·W constantes

2

1

2

1

2

1

-FEX es la fuerza opuesta a la externa

W= -P·V

TRABAJO DE EXPANSIÓN DE UN GAS

El trabajo NO es función de estado. Su valor depende de cómo se realice la transformación.

En una gráfica P/V el trabajo es igual al área comprendida entre la gráfica y el eje X

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

En cualquier proceso la energía total se conserva

SISTEMAENERGÍA INTERNA

+Q -Q

-W

+W

E = Q + W

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

E = Q + W

ΔE = QV ΔE +PΔV = QP

Si V= constante, no dejamos al sistema hacer trabajo. Su energía interna sólo varía si intercambia calor

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

•Si el proceso es a V constante W=0 . E = QV

•Si es a P constante el calor intercambiado es distinto y se denomina variación de ENTALPÍA H = QP

E = Q + W

E Qv

W

H=QP

ESTADO 1

ESTADO 2

E

La Entalpía (calor intercambiado en un proceso que transcurre a P constante) es muy usada en química porque la mayoría de las reacciones se hacen a P constante en recipientes abiertos a la atmósfera.

ENTALPÍA ESTANDAR DE FORMACIÓNENTALPÍA ESTANDAR DE FORMACIÓNEs la variación de entalpía de la reacción de formación de una sustancia a partir de sus elementos en condiciones estándar.

0fH

Por convenio los elementos en su estado natural más estable en condiciones estándar (25 ºC, 1 atm) tienen entalpía estándar de formación cero.

ENTALPÍA ESTANDAR DE FORMACIÓNENTALPÍA ESTANDAR DE FORMACIÓN

Para cualquier reacción se cumple:

IGUALACIÓN DE TEMPERATURAS REACCIONES QUÍMICAS

2H2 + O2 2 H2O

DIFUSIÓN DE GASES DISOLUCIÓN DE CRISTALES

SEGUNDO PRINCIPIO: ENTROPÍA

PROCESO ESPONTÁNEOS: SON AQUELLOS QUE SIEMPRE TRANSCURREN ENTRANSCURREN SIEMPRE EN LA MISMA DIRECCIÓN

TT1 T2

ESTOS PROCESOS SON PROCESOS IRREVERSIBLES: TIENEN EN COMÚN QUE TRANSCURREN CON UN AUMENTO DE DESORDEN MOLECULAR DEL SISTEMA O DE LOS ALREDEDORES

A nivel molecular se pueden calcular entalpía absolutas mediante la

ECUACIÓN DE BOLTZMANN

Donde es el número de estados microscópicos compatibles con el estado macroscópico del sistema. Cuanto mayor es el desorden hay un mayor número de microestados posibles.

SEGUNDO PRINCIPIO: ENTROPÍA

lnAN

RS

ENTROPÍA: S (J/K)

FUNCIÓN DE ESTADO QUE CUANTIFICA EL DESORDEN INTERNO DE UN SISTEMA

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

NO ES POSIBLE CONSTRUIR UN PERPETUUM MOBILE DE SEGUNDA ESPECIE

MÁQUINAS TÉRMICAS

TF

TC

Q2

Q1

W

Dispositivos que transforman calor en trabajo

Para que haya transferencia de calor debe haber un foco caliente y uno frío, por tanto:

ES IMPOSIBLE CONSTRUIR UNA MÁQUINA QUE TRANSFORME

ÍNTEGRAMENTE CALOR EN TRABAJO