8/15/2019 Trabajo de Termodinámica Química

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AÑO DE LA INVERSIÓN PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA

SEGURIDAD ALIMENTARIA

ASIGNATURA : QUÍMICA

DOCENTE : Dr. A. WILSON MERCADOSEMINARIO

ALUMNOS :  FERNÁNDEZ CHAPOÑÁN,Gust!"

GUTIERREZ CASTRO,

#$!%&

C'DIGOS : ()*++-

 ()*+)(#

CICLO : I/

*()

 UNIVERSIDAD NACIONAL

“PEDRO RUIZ

“FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA EINDUSTRIAS ALIMENTARIAS”

“ ”

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INTRODUCCI'N

LA TERMODINÁMICA, la ciencia que estudia los cambios de energía que se roducen

en los rocesos !ísicos " químicos# Como ciencia !enomenol$gica ( Con%unto de

!en$menos que caracteri&an un roceso u otra cosa', no se ocua de o!recer una

interretaci$n

!ísica de sus

magnitudes# La

rimera de ellas,

la energía interna,

se aceta como

una mani!estaci$n

macrosc$ica de

las le"es de

conser(aci$n de la

energía a ni(el

microsc$ico, que

ermite

caracteri&ar el

estado energ)tico

del sistema

macrosc$ico# El

unto de artida

ara la ma"or 

arte de las

consideraciones termodin*micas son los que ostulan que la energía uede ser 

intercambiada entre sistemas en !orma de calor o traba%o, " que s$lo uede +acerse

de una determinada manera# Tambi)n se introduce una magnitud llamada entroía,

que se de!ine como aquella !unci$n etensi(a de la energía interna, el (olumen " la

comosici$n molar que toma (alores m*imos en equilibrio- el rinciio de

maimi&aci$n de la entroía de!ine el sentido en el que el sistema e(oluciona de un

estado de equilibrio a otro# Es la mec*nica estadística, íntimamente relacionada con la

termodin*mica, la que o!rece una interretaci$n !ísica de ambas magnitudes- la

2

Repaso dee!"od#$%"#&a

'()"#&a*des&!#p&#+$

dea,,ada de ,ae$a,p)a - e,e'(#,#.!#o

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energía interna se identi!ica con la suma de las energías indi(iduales de los *tomos "

mol)culas del sistema, " la entroía mide el grado de orden " el estado din*mico de

los sistemas, " tiene una conei$n mu" !uerte con la teoría de in!ormaci$n# En la

termodin*mica se estudian " clasi!ican las interacciones entre di(ersos sistemas, lo

que lle(a a de!inir concetos como sistema termodin*mico " su contorno# .n sistema

termodin*mico se caracteri&a or sus roiedades, relacionadas entre sí mediante

las ecuaciones de estado# /stas se ueden combinar ara eresar la energía

interna " los otenciales termodin*micos, 0tiles ara determinar las condiciones de

equilibrio entre sistemas " los rocesos esont*neos#

Con estas +erramientas, la termodin*mica describe c$mo los sistemas resonden a

los cambios en su entorno# Esto se uede alicar a una amlia (ariedad de ramas de

la ciencia " de la ingeniería, tales como motores, cambios de !ase, reacciones

químicas, !en$menos de transorte, e incluso agu%eros negros#

3

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O0-ETI1OS

Conocer las le"es de la termodin*mica#

Elicar qu) es la entroía " energía libre#

 Anali&ar la temeratura " la direcci$n del cambio esont*neo

Calcular las (ariaciones de energía#

Calcular las estimaciones resecti(as de temeraturas#

4

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ÍNDICE

  INTRODUCCI'N *

  O0-ETI1OS *)

  CONTENIDO

 

I. LAS LE2ES DE LA TERMODINÁMICA

 

PRIMERA LE2 DE LA TERMODINÁMICA O LE2 DE LA

CONSER1ACI'N DE LA ENERGÍA3333333333.33 *4

  SEGUNDA LE2 DE LA TERMODINÁMICA333333333. *+

  LE2 CERO DE LA TERMODINÑAMICA O LE2 DEL EQUILI0RIO...

3333333333333333333..33. *5

  TERCERA LE2 DE LA TERMODINÁMICA333333333. *5

 

II. ENTROPÍA.3333333333333333333333.. (*

 

III. LA ENERGÍA LI0RE 33333333333333333.... ((

 

I1. LA TEMPERATURA 2 LA DIRECCI'N DEL CAMIO

ESPONTÁNEO.3333333333333333333333 ()

 

1. CÁLCULO DE 6G7 A PARTIR DE 6H7 2 DE 6S7 333333(8

5

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1I. CÁLCULO DE 6G7 A PARTIR DE 6G7 9 .3..3333333.. (4

 

1II. ESTIMACI'N DE 6G A DISTINTAS TEMPERATURAS.3..... (

 

1III. ESTIMACI'N DE LA TEMPERATURA A LA QUE SE IN1IERTELA DIRECCI'N DEL CAM0IO ESPONTÁNEO33333333. (+

 

I;. CÁLCULO DE 6G PARA CONDICIONES NO NORMALES.3 (+

 

;. ENERGÍAS LI0RES ESTÁNDAR 2 CONSTANTES DEEQUILI0RIO.33333333333333333333333. (5

 

;I. ENERGÍA <TIL 2 ENERGÍA LI0RE DE GI00S3333.33.. *

  CONCLUSIONES

 

0I0LIOGRAFÍA

LIN#OGRAFÍA

6

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I. LAS LE2ES DE LA TERMODINÁMICA

(. PRIMERA LE2 DE LA TERMODINÁMICA O LE2 DE LA CONSER1ACI'N

DE LA ENERGÍA

La le" de la conser(aci$n de la energía constitu"e el rimer rinciio de la

termodin*mica " establece que la energía no se crea, ni se destruye solo se

transforma# Como consecuencia de ello, un aumento del contenido de energía

de un sistema, requiere de una corresondiente disminuci$n en el contenido de

energía de alg0n otro sistema#

1a" que tener en cuenta, que debido a que la energía puede cambiar de una

forma a otra, una !orma de energía erdida or un sistema uede +aberla

ganado otro en una !orma di!erente# 2or e%emlo- En el momento que el

conductor de un autom$(il lo one en marc+a, imlica que la energía químicaliberada en la combusti$n de la gasolina del motor se trans!orma en traba%o,

como consecuencia de )l se roduce un aumento en la energía cin)tica del

autom$(il " otra arte se trans!iere como calor a los di!erentes comonentes

del motor " al aire circundante#

Determinar el (alor de la energía de los alrededores siemre ser* una tarea

comlicada# En química, generalmente se estudian los cambios asociados al

sistema, que uede ser un reactor, que contenga reacti(os " roductos, esdecir el sistema ser* la reacci$n química que se est* reali&ando#

PRIMERA LE2 DE LA TERMODINÁMICA

Dentro de la termodin*mica, una consecuencia de la le" de la conser(aci$n de

la energía es la llamada 2rimera Le" de la Termodin*mica, la cual establece

que la (ariaci$n de la Energía interna de un sistema es igual a la suma de

la energía transferida en forma de calor y la energía transferida en forma

de trabajo

7

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= 3 energía trans!erida en !orma de calor   >3 energía trans!erida en !orma de traba%o#

2odemos concluir que la (ariaci$n de energía interna de un sistema, es igual a

la suma del intercambio de ?@"r $&tr$ $@ s%st$ B @"s @r$$"r$s " $@

tr" r$@%" "r " s"r$ $@ s%st$.

El calor que ingresa a un sistema " el traba%o reali&ado sobre el sistema,

tendr*n signo J 4 mientras que el calor liberado or el sistema, o el traba%o

reali&ado or el sistema sobre el entorno, tendr* signo K # La con(enci$n de

signos, son criterios autados, estos ueden (ariar seg0n los aíses, la que

emlearemos nosotros ser* la se5alada#

IM2ORTANTE-

• El calor =  " el traba%o >  son cantidades algebraicas con

signos asociados a ellas#

• No +a" calor negati(o, se asigna el signo K cuando el sistema

libera calor al entrono

• No +a" > negati(o, se le asigna el signo K cuando el sistema

reali&a traba%o +acia el entorno#

• el 6 q ' " el traba%o 6 7 ' NO 8ON 9.NCIONE8 de E8TADO

8

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• Tanto el calor que se entrega a un sistema, como el

traba%o que se e!ectuar* sobre el sistema, aumentan la Energía Interna

EN UN PROCESO CÍCLICO

  Entonces el = K >

Lo que se uede interretar, como que el >

r$@%" or el sistema, es igual al = s"r%" or el sistema#

. SEGUNDA LE2 DE LA TERMODINÁMICA

La segunda le" de la termodin*mica, que es una generali&aci$n de la

eeriencia, es una eosici$n cu"os arti!icios de alicaci$n no eisten# 8e

tienen muc+os enunciados de la segunda le", cada uno de los cuales +acen

destacar un asecto de ella, ero se uede demostrar que son equi(alentes

entre sí# Clausius la enuncio como sigue- No es posible para una máquinacíclica llevar continuamente calor de un cuerpo a otro que esté a temperatura

más alta, sin que al mismo tiempo se produzca otro efecto (de compensación

En este caso, la segunda le" elimina la osibilidad de que la energía !lu"a del

cuero !río al cuero caliente " así determina la direcci$n de la transmisi$n del

calor# La direcci$n se uede in(ertir solamente or medio de gasto de un

traba%o#

:el(in 6con 2lanc;' enuncio la segunda le" con alabras equi(alentes a las

siguientes- “Es completamente imposible realizar una transformación cuyo

nico resultado final sea el de cambiar en traba!o el calor e"traído de una

fuente que se encuentre a la misma temperatura#$ 

2ara demostrar que los dos enunciados son equi(alentes, necesitamos

demostrar que si cualquiera de los enunciados es !also, el otro tambi)n debe

serlo# 8u$ngase que es !also el enunciado de Clausius, de tal manera que se

udieran tener un re!rigerador que oere sin que se consuma el traba%o#

2odemos usar una m*quina ordinaria ara etraer calor de un cuero caliente,con el ob%eto de +acer traba%o " de(ol(er arte del calor a un cuero !río#

9

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2ero conectando nuestro re!rigerador <er!ecto= al sistema, este calor se

regresaría al cuero caliente, sin gasto de traba%o, quedando así utili&able de

nue(o ara su uso en una m*quina t)rmica# De aquí que la combinaci$n de

una maquina ordinaria " el re!rigerador <er!ecto= !ormar* una m*quina

t)rmica que in!ringe el enunciado de :el(in>2lanc;# O odemos in(ertir el

argumento# 8i el enunciado :el(in>2lanc; !uera incorrecto, odríamos tener 

una m*quina t)rmica que sencillamente tome calor de una !uente " lo

con(ierta or comleto en traba%o# Conectando esta m*quina t)rmica

<er!ecta= a un re!rigerador ordinario, odemos etraer calor de un cuero

ordinario, odemos etraer calor de un cuero caliente, con(ertirlo

comletamente en traba%o, usar este traba%o ara mo(er un re!rigerador 

ordinario, etraer calor de un cuero !río, " entregarlo con el traba%o con(ertido

en calor or el re!rigerador, al cuero caliente# El resultado neto es una

transmisi$n de calor desde un cuero !río, a un cuero caliente, sin gastar 

traba%o, lo in!ringe el enunciado de Clausius#

La segunda le" nos dice que muc+os rocesos son irre(ersibles# 2or e%emlo,

el enunciado de Clausius esecí!icamente elimina una in(ersi$n simle del

roceso de transmisi$n de calor de un cuero caliente, a un cuero !río#

 Algunos rocesos, no s$lo no ueden regresarse or sí mismos, sino que

tamoco ninguna combinaci$n de rocesos uede anular el e!ecto de un

roceso irre(ersible, sin ro(ocar otro cambio corresondiente en otra arte#

La segunda le" de la Termodin*mica es 0til en la determinaci$n de los límites

te$ricos en el !uncionamiento de sistemas alicados en la ingeniería, como las

m*quinas t)rmicas " los re!rigeradores, así como ara redecir el grado de

consumaci$n de las reacciones químicas

). LE2 CERO DE LA TERMODINÁMICA DE EQUILI0RIO:

?8i dos ob%etos A " @ est*n or searado en equilibrio t)rmico con un tercer 

ob%eto C, entonces los ob%etos A " @ est*n en equilibrio t)rmico entre sí?#

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Como consecuencia de esta le" se uede a!irmar que dos ob%etos en equilibrio

t)rmico entre sí est*n a la misma temeratura " que si tienen temeraturas

di!erentes, no se encuentran en equilibrio t)rmico entre sí#

# TERCERA LE2 DE LA TERMODINÁMICA#

La tercera le" tiene (arios enunciados equi(alentes-

?No se uede llegar al cero absoluto mediante una serie !inita de rocesos?

Es el calor que entra desde el ?mundo eterior? lo que imide que en los

eerimentos se alcancen temeraturas m*s ba%as# El cero absoluto es la

temeratura te$rica m*s ba%a osible " se caracteri&a or la total ausencia de

calor# Es la temeratura a la cual cesa el mo(imiento de las artículas# El cero

absoluto 6B :' corresonde aroimadamente a la temeratura de > ,FGHC#

Nunca se +a alcan&ado tal temeratura " la termodin*mica asegura que es

inalcan&able#

• ?La entroía de cualquier sustancia ura en equilibrio termodin*mico

tiende a cero a medida que la temeratura tiende a cero?#

• ?La rimera " la segunda le" de la termodin*mica se ueden alicar 

+asta el límite del cero absoluto, siemre " cuando en este límite las

(ariaciones de entroía sean nulas ara todo roceso re(ersible?

II. ENTROPÍA S

La alabra entroía rocede del griego 6 JK' " signi!ica e(oluci$n oἐ

trans!ormaci$n# Es una !unci$n de estado etensi(a reresentada or una 8 " que

mide el grado de desorden microsc$ico de un sistema# Asimismo, todos los

sistemas tienden a un m*imo de entroía, " )ste es el moti(o de que cuando se

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lle(a a cabo una reacci$n química en un sistema aislado 6sin intercambio de

materia ni de energía' en el cual el !actor energ)tico no uede ser determinante,

dado que no se est* intercambiando ning0n tio de energía con el entorno, se

rodu&ca esont*neamente aquel roceso en el que aumente la entroía del

sistema#

 

Entroía 68'- Mide el desorden de un sistema#

Es una !unci$n de estado- 

P8 3 8! > 8i

E%emlos de rocesos con aumento de

entroía#

Cuando un s$lido se con(ierte en un gas,

aumenta la entroía4 si disuel(es a&0car en

agua, aumenta la entroía# La segunda le"

de termodin*mica dice- ?L &tur@$ " $@

U&%!$rs" t%$&$ @ $s"r$&, $s $?%r,

u$&tr su $&tr"?#

Otra de!inici$n de la s$u& L$B es- ?E&

u& r"?$s" $s"&t&$" @ $&tr" $@

U&%!$rs" u$&t B $& r"?$s"s $ $=u%@%r%" s$ &t%$&$ ?"&st&t$ ?#

Q8igni!ica esto que una reacci$n química siemre tendr* una (ariaci$n de

entroía ositi(a No, orque la reacci$n química no es un sistema aislado# Lo

+abitual es que se rodu&ca a resi$n " temeratura constantes, or e%emlo, en

un (aso de reciitados en el laboratorio, rodeada de un determinado entorno que

es el resto del .ni(erso# Slobalmente, la entroía total, 8sistema U 8entorno,

aumentar*, "a que-

8sistema U 8entorno 3 8uVB

2or tanto, la entroía del sistema odr* disminuir siemre " cuando la entroía del

entorno aumente en una cantidad suerior, de modo que el c$muto global +aga

que aumente la entroía del uni(erso#

III. ENERGÍA LI0RE

La energía libre es aquella orci$n de cualquier  energía de la rimera le" queest* disonible ara reali&ar traba%o termodin*mico, es decir, el traba%o or medio

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de energía t)rmica# La energía libre est* su%eta a una )rdida irre(ersible en el

curso de este traba%o# Dado que la energía de la rimera le" siemre se conser(a,

resulta entonces e(idente que la energía libre es un tio de energía de la segunda

le", eandible que uede reali&ar traba%o dentro de lasos de tiemo !initos#

Es osible !ormular (arias !unciones de energía libre a artir de criterios de

sistemas# Las !unciones de energía libre son trans!ormadas de Legendre de

la energía interna# 2ara rocesos termodin*micos que in(olucran un sistema que

se encuentra a una resi$n constante p " temeratura % , la energía libre de

Sibbs es la m*s 0til "a que adem*s de incluir todo cambio de entroía roducto

del calor , +ace lo mismo ara el traba%o pd&  requerido ara ?de%ar esacio ara

mol)culas adicionales? roducidas como consecuencia de di(ersos rocesos# 6De

allí su utilidad ara los químicos traba%ando con soluciones>!ases, incluidos los

bioquímicos#' La energía libre de 1elm+olt& osee una imortancia te$rica

esecial dado que es roorcional al logaritmo de la !unci$n de artici$n ara

el con%unto can$nico en mec*nica estadística# 6De allí su utilidad ara los !ísicos4 "

ara los químicos e ingenieros traba%ando con !ase gaseosa, que no desean

ignorar el traba%o pd& #'

La energía libre de 1elm+olt& conceto +ist$ricamente desarrollado en rimer 

lugar es de!inida como '  3   > %), donde   es la energía interna, %  esla temeratura absoluta, " ) es laentroía# 8u cambio es igual a la cantidad de

traba%o re(ersible reali&ado sobre, u obtenible de, un sistema a %  constante# De

allí su denominaci$n ?contenido de traba%o?# Dado que no +ace re!erencia a

ninguna cantidad in(olucrada en reali&ar traba%o 6tales como p " & ', la !unci$n de

1elm+olt& es comletamente general- su disminuci$n es la m*ima cantidad de

traba%o que uede ser reali&ado por  un sistema, " uede aumentar a lo sumo or 

la cantidad de traba%o reali&ado en un sistema#

La energía libre de Sibbs * 3 +  > %), donde +  es la entalía# 6+  3   U p& ,

donde p es la resi$n " &  es el (olumen#'

1ist$ricamente, estos t)rminos se +an utili&ado de manera inconsistente# En

el *mbito de la !ísica, energía libre a menudo +ace re!erencia a la energía libre de

1elm+olt&,  indicada con la letra , mientras que en la química, energía libre se

re!iere a la energía libre de Sibbs#

2artimos de-

13

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como-

Reemla&ando-

Multilicando or T-

Es decir-

I1.LA TEMPERATURA 2 LA DIRECCI'N DEL CAM0IO ESPONTÁNEO

En una reacci$n química +a" dos !uer&as imulsoras di!erenciadas# 2or una arte,

es !a(orecido el sentido de la reacci$n en el que +a" una disminuci$n de entalía

de reacti(os a roductos, es decir, el sentido eot)rmico, mientras que, or otraarte, se !a(orece el sentido de la reacci$n en el que +a" un aumento de

entroía, 8 V B, es decir, un aumento del desorden# De ambos !actores, 1 " 8,

deender* que una reacci$n química sea esont*nea o no esont*nea# Ambos

!actores ueden ir en el mismo sentido o estar contrauestos, teniendo tres

osibles situaciones distintas-

• 2uede ser =u$ t&t" 6H ?"" 6S s$& 9!"r@$s, con lo cual la reacci$n

ser* $& t"" ?s" $s"&t&$, indeendientemente de la temeratura#

14

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• 2uede ser, or el contrario, =u$ t&t" 6H ?"" 6S s$& $s9!"r@$s, con

lo cual la reacci$n ser* &" $s"&t&$ a cualquier temeratura#

• 2uede ser =u$ u& $ @s "s !r%@$s s$ 9!"r@$ B @ "tr

$s9!"r@$, con lo cual $@ r$su@t" 9%&@ $$&$r de la magnitud de

ambos, es decir, de cu*l de estas dos !uer&as imulsoras contrauestas tenga

ma"or eso en el resultado !inal, así como de la temeratura#

Estas tres osibles situaciones +acen ensar que debe +aber una r$@?%&

t$t%? $&tr$ @ $&t@ B @ $&tr", deendiente de la temeratura, que

las combine ambas " nos sir(a ara redecir la esontaneidad o no

esontaneidad de una reacci$n química# Aunque no (amos a deducir dic+a

relaci$n, es una nue(a magnitud, llamada E&$r L%r$ $ G%s, que (iene

dada or la eresi$n siguiente-

III# G = H – TS 

 ΔS es una !unci$n de estado etensi(a 6deende 0nicamente del estado inicial "

!inal " de la cantidad total de materia que contenga el sistema considerado'# 8i

estamos considerando una reacci$n química, en la que asamos de unos

reacti(os a unos roductos, la eresaremos como incrementos-

IW# ΔG = ΔH – TΔS 

El 9?t"r $ $&t@, 6H, r$r$s$&t @ $&$r t"t@ $@ s%st$, %$&trs

=u$ $@ 9?t"r T6S r$r$s$&t @ $&$r &" r"!$?@$ $ %? $&$r

t"t@, es decir, $&$r =u$ $@ s%st$ &" u$$ ut%@%r r r$@%r u&tr"# 2or esto a 6G se la llama $&$r @%r$ " $&t@ @%r$, orque es

15

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la 9r??%& " @ ?&t% $ @ $&$r t"t@ =u$ s u$$ s$r r"!$?@$

?"" tr" t%@# 2or este moti(o es dic+a magnitud, " no la entalía ni la

entroía, el !actor determinante de la esontaneidad de una reacci$n química, "a

que reresenta la energía e!ecti(amente disonible en rocesos reali&ados a

resi$n " temeratura constante# Así, en !unci$n del signo de la (ariaci$n de

energía libre de Sibbs, tenemos tres osibilidades-

 ΔG > 0, ositi!o" #eacci$n no esont%nea

 ΔG = 0, Sistema en e&uilibrio

 ΔG ' 0, negati!o" #eacci$n esont%nea

Teniendo en cuenta la eresi$n matem*tica considerada, odemos establecer el

signo de la (ariaci$n de energía libre de Sibbs de !orma cualitati(a conociendo los

signos de la (ariaci$n de entalía " de la (ariaci$n de entroía, 1 " 8# Así,

tendremos cuatro osibilidades distintas-

ENERGÍA LI0RE NORMAL 2 ENERGÍA LI0RE NORMAL DE FORMACI'N.

Lo mismo que asaba con las entalías asa con las energías libres, no se uede

conocer sus (alores absolutos# 2ero se uede tabular los (alores de las energías

libres ara las reacciones de !ormaci$n de cada una de las sustancias que

artician en una reacci$n química# Como la energía libre es una !unci$n de

estado se uede calcular la energía libre de una reacci$n a artir de las energías

libres de !ormaci$n#

La energía libre normal de !ormaci$n de un comuesto en las condiciones

est*ndar 6T 3 XY: " 2 3 Fatm' como el cambio de energía libre necesario ara

16

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!ormar un mol de comuesto a artir de los elementos en estado !undamental en

esas condiciones de resi$n " temeratura# Estos (alores de PSH! los tenemos

tabulados ara las rinciales sustancias# Al igual que asaba con las entalías

las PSH! de los elementos ser* cero or de!inici$n de energía libre de !ormaci$n

W# CÁLCULO DE 6G7 A PARTIR DE 6H7 2 DE 6S7

S 3 cambio de energía libre o entalia libre1 3 cambio de entalía, que cuando su (alor es ositi(o 6U', elroceso es endot)rmico#" cuando su (alor es negati(o 6>', el roceso es eot)rmico#T8 3 contenido de calor

T3 es la temeratura8 3 cambio de entroía#

2ara dese%ar T-

S 3 1 > T8S > 1 3 > T8 6multilicamos or >F'

>S U 1 3 T8

T8 3 1 > S

T 3 61 > S' Z 8

RZ - T 3 61 > S' Z 8

El (alor P1H de una reacci$n se uede determinar directamente, mediante el uso

de un calorímetro, simlemente midiendo la cantidad de calor que se roduce o

se consume en la reacci$n# Como se elica a continuaci$n, tambi)n se uede

determinar P1H#

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2ara la ma"oría de las reacciones, P8H no se mide directamente, sino que se

calcula a artir de PSH, P1H " de la temeratura# 8in embargo, se uede calcular 

P8H ara rocesos de diluci$n sencillos# La entroía de una etaa es

roorcional al n0mero de etaas osibles desde el unto de (ista energ)tico

WI# CÁLCULO DE 6G7 A PARTIR DE 6G7 9 

La energía libre de !ormaci$n de un comuesto es la (ariaci$n de energía librecuando se !orma un mol de comuesto a artir de sus elementos en su !orma

m*s estable, a [ \C " F atm de resi$n4 la reresentaremos or SH! # En la

tabla ad%unta se encuentran los (alores de SH!  ara una serie de comuestos

en esas condiciones#

Obser(amos en la tabla que la (ariaci$n de energía libre de !ormaci$n esnegati(a ara la ma"oría de los comuestos a [ \C " F atm, lo que indica que la

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ma"oría de los comuestos son estables resecto a la descomosici$n en suselementos, en esas condiciones de temeratura " resi$n#

Las (ariaciones de energía libre en una reacci$n se ueden calcular a artir de

los (alores de SH!  , mediante la relaci$n-

Debemos tener en cuenta que, al igual que ara 1H !  el (alor de SH!  de unelemento, en su estado est*ndar, se toma como igual a cero#

En general, cualquier comuesto con una (ariaci$n de energía libre de !ormaci$n

negati(a, se uede !ormar directamente a artir de sustancias elementales#

1II. ESTIMACI'N DE 6G A DISTINTAS TEMPERATURAS

La temeratura uede ser un !actor determinante a la +ora de +acer que un roceso

sea esont*neo o no lo sea#

TEMPERATURA 2 PRESI'N CONSTANTES-

8i0G∆ <

, el roceso es esont*neo4

8i0G∆ =

, el sistema se encuentra en equilibrio4

8i0G∆ >

, el roceso no es esont*neo#

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1III.

ESTIMACION DE LA TEMPERATURA A LA QUE SE IN1IERTE LA DIRECCI'N DEL

CAM0IO ESPONTÁNEO

El signo de S deende de los signos de los cambios en entalía 61' "

entroía 68', así como de la temeratura absoluta 6T, en :el(in'# S cambia de

ositi(o a negati(o 6o (ice(ersa'

• Cuando S es negati(o, un roceso o reacci$n química ocurre

esont*neamente en la direcci$n dada#

• Cuando S es ositi(o, el roceso o reacci$n química ocurre

esont*neamente en la direcci$n in(ersa a como est* dada#

• Cuando S es cero, el roceso se encuentra en equilibrio, sin que tome lugar 

un cambio neto a tra()s del tiemo#

• Cuando 8 es ositi(o " 1 es negati(o, un roceso es esont*neo#

• Cuando 8 es ositi(o " 1 es ositi(o, un roceso es esont*neo a altas

temeraturas, donde el car*cter endot)rmico del roceso 6indicado or 1'

 %uega un eque5o rol en el balance !inal#

• Cuando 8 es negati(o " 1 es negati(o, un roceso es esont*neo a ba%as

temeraturas, done el car*cter eot)rmico del roceso a+ora sí resulta

imortante#

• Cuando 8 es negati(o " 1 es ositi(o, un roceso no es esont*neo a

ninguna temeratura, ero el roceso in(erso es esont*neo#

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I;.CÁLCULO DE 6G PARA CONDICIONES NO NORMALES

2ara condiciones no est*ndares se uede +acer uso de la eresi$n del S en

t)rminos de los otros otenciales termodin*micos

El cambio en la energía libre S de una reacci$n, se uede eresar en t)rminos

de las concentraciones de equilibrio de los reacti(os " roductos# Es con(eniente

eresar S ara cualquier reacci$n, en t)rminos de su (alor ba%o condiciones

est*ndares en las que se +an tabulado los (alores#

 2ara una reacci$n reresentada como

 A U @ ] C U D

;. ENERGÍAS LI0RES ESTÁNDAR 2 CONSTANTES DE EQUILI0RIO

La !orma m*s !*cil de medir la energía libre de las reacciones#

La determinaci$n eerimental de la constante de equilibrio ermite calcular el

cambio de la energía libre est*ndar ara las reacciones, con todos los roductos

" reactantes en el estado est*ndar#

El cambio de energía libre a las concentraciones arbitrarias de!inidas or ^ est*dado or-

E%emlo- disociaci$n del *cido ac)tico, 1OAc, en iones 1U e iones acetato OAc>

en soluci$n acuosa

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La constante de equilibrio es-

De la constante de equilibrio termodin*mica se uede calcular la energía libre

est*ndar, PS_# /ste es el cambio de energía libre ara un mol de 1OAc a F M en

agua 6ero con las roiedades de una soluci$n mu" diluida' que disocia en 1U

" OAcU#

2ara la disociaci$n de F mol de 1OAc a FB > M de concentraci$n en agua, el

cambio de energía libre es-

;I.TRA0A-O <TIL 2 ENERGÍA LI0RE DE GI00S

.na de las alicaciones imortantes de las reacciones químicas es la roducci$n

de energía en !orma de traba%o 0til, donde 0til signi!ica que estamos eclu"endo

el traba%o +ec+o or un cambio en (olumen contra una resi$n eterna 6traba%o

2W'#

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2or e%emlo, en la combusti$n de etr$leo, se libera calor que se utili&a ara

generar (aor que uede roducir traba%o mec*nico o el traba%o el)ctrico que se

uede obtener de una celda electroquímica, estos son e%emlos de traba%o 0til#

 

La energía libre de Sibbs lle(a ese nombre orque es la arte de la energía de

un sistema que se uede con(ertir libremente en traba%o 0til a temeratura "

resi$n constante# El roblema es controlar la enegía 0til " trans!ormarla a

traba%o sin que se ierda en calor#

8olo reacciones esont*neas ara las cuales la energía libre de Sibbs disminu"e

durante la reacci$n ueden +acer traba%o 0til# 8eg0n disminu"e la energía libre,

la caacidad de +acer traba%o (a disminu"endo +asta que el sistema llega a

equilibrio#

En este estado "a el sistema no uede +acer traba%o 0til " tanto los reacti(os

como los roductos tienen la misma energía libre, DS 3 B

Ejemlo"

2ara la reacci$n-

F$Os J ) H 7 F$ J ) HO

Determine- D1 , DS a [\C dado los siguientes datos-

2roiedad D1! \, 6;calZmol' 8\, 6calZmol :'

9eO6s' >FXG#[ F#[

16g' B #F

9e6s' B G#[

1O >GY# FG#

 

6Resuesta- D1 3 >Y# ;calZmol, D8 3 >B#B[ ;calZmol'

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CONCLUSIONES

o Conocimos las le"es de la termodin*mica- la rimera le" o de conser(aci$n de la

energía, la segunda le", la le" cero o de equilibrio " la tercera le"#

o Elicamos qu) es la entroía 6Mide el desorden molecular de un sistema' "

energía libre 6Aquella orci$n de cualquier energía de la rimera le" que est*

disonible ara reali&ar traba%o termodin*mico'#

o  Anali&amos la temeratura " la direcci$n del cambio esont*neo

o Calculamos las (ariaciones de energía#

o Calculamos las estimaciones resecti(as de temeraturas#

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