Capítulo 4

Resumen Capítulo 4:
Efectos Caloríficos
La transferencia de calor es una de las operaciones más comunes de la industria química.
En contraste con los efectos del calor sensible, los cuales están caracterizados por cambios de temperatura, los efectos caloríficos de la reacción química, la transición de fase y la formación y separación de soluciones, están determinados a partir de medicionesexperimentales efectuadas a temperatura constante.
4.1 Efectos del calor sensible
La transferencia de calor a un sistema en el que no existen transiciones de fase, reacciones químicas y ningún cambio en la composición, hace que la temperatura del sistema cambie. Cuando el sistema es una sustancia homogénea de composición constante, la regla de las fases indica que el estado del sistema quedaestablecido al fijar los valores de dos propiedades intensivas.

El término final puede hacerse cero bajo dos circunstancias:
1. Para cualquier proceso a volumen constante, sin importar la sustancia.
2. Cada vez que la energía interna sea independiente del volumen, sin importar el tipo de proceso. Lo anterior es cierto, de manera exacta, para gases ideales y fluidos incompresibles.


De nuevo,existen dos circunstancias bajo las cuales el último término puede hacerse cero:
1. Para cualquier proceso a presión constante, sin importar la sustancia.
2. Cada vez que la entalpía de la sustancia sea independiente de la presión, sin importar el tipo de proceso. Lo anterior es cierto de manera exacta para gases ideales y aproximadamente cierto para gases a baja presión, sólidos y líquidos fuerade la región crítica.
Las capacidades caloríficas del gas ideal aumentan de manera suave al aumentar la temperatura hasta llegar a un límite superior, el cual se alcanza cuando se excitan completamente todos los modos de movimiento molecular de traslación, de rotación y de vibración.
Las mezclas de gases de composición constante pueden tratarse exactamente de la misma forma que los gases puros.Por definición, un gas ideal es aquel cuyas moléculas no tienen ninguna influencia entre sí. Esto significa que en una mezcla cada gas existe de manera independiente, y que sus propiedades no se ven afectadas por la presencia de otras moléculas diferentes.

4.2 Energía interna de los gases ideales: punto de vista microscópico
Las propiedades termodinámicas como la energía interna y la entalpíason manifestaciones sobre una escala gruesa de las posiciones, movimientos e interacciones del sin fin de moléculas que forman un sistema macroscópico. Las dos teorías que relacionan el comportamiento de las moléculas con las propiedades macroscópicas son la teoría cinética y la mecánica estadística.
Un postulad0 fundamental de la teoría cuántica es que la energía está cuantizada, de modo que laenergía a escala microscópica aparece en unidades discretas muy pequeñas. Por tanto, un sistema macroscópico tiene asociado a él una cantidad enorme de cuantos íle energía, cuya suma es la que determina el nivel de energía del sistema. La teoría cuántica señala que el conjunto de niveles tic energía “permitidos” en un sistema cerrado está determinado por su volumen.
Esto no significa que laenergía del sistema pueda fijarse al confinarlo en un volumen determinado; hacerlo determina únicamente el conjunto discreto de niveles de energía permitidos para el sistema. Cuando un sistema está aislado (restringido para intercambiar ya sea masa o energía con sus alrededores), entonces se encuentra en uno de los niveles de energía permitidos para él. Cada nivel de energía de un sistema tieneasociado cierto número de estados cuánticos. Este número g SC conoce como degeneración del nivel. Aun cuando un sistema aislado se encuentre en cierto nivel de energía particular, en realidad tod0 el tiempo recorre todos los 9 estados cuánticos caracterizados por la misma energía.
El postulado fundamental de la mecánica estadística para un sistema de volumen dado, en equilibrio con sus alrededores a...