Termódimamica

Tema 1: Conceptos básicos de Termodinámica en geoquímica de soluciones acuosas

Índice del tema
• Conceptos básicos de termodinámica • Equilibrios químico y constante Actividad. Principio de Le Chatelier de equilibrio.

• Tipos de reacciones: homogéneas y heterogéneas • Formación de complejos acuosos. Especiación • Disociación del agua y pH • Reacciones ácido-base • Reacciones redox. Eh, pey significado • Unidades de concentración más usadas • Diagramas de representación

Conceptos básicos: Equilibrio
• Termodinámica  sistemas en equilibrio
– Termodinámica indica si de forma espontánea una reacción puede producirse o no (y entonces es que no)

• Propiedades equilibrio:
– No se observa ningún cambio termodinámicas a lo largo del tiempo en sus propiedades

– Un sistema enequilibrio retornará a ese estado después de haber sido perturbado, esto es, al cambiar ligeramente uno o más parámetros tiende a regresar a sus valores originales – Cualquier sistema que tenga gradientes de temperatura, presión o composición, tenderá a cambiar hasta eliminar esos gradientes • P. ej. Una lava emplazada en la superficie, no está en equilibrio con el aire que la rodea, y se enfriará¿Otros ejemplos de gradientes?

Conceptos Básicos
Situación factible a escala geológica PERO:frecuentemente no se alcanza Tratamiento nuestro
Cinética de reacción Termodinámica de procesos irreversibles Situaciones reales de equilibrio Desequilibrio: co mparación con el estado real

Los sistemas naturales tienden al equilibrio -------> situación caracterizada por un ESTADO DE MÍNIMAENERGÍA Medida de la energía: G, ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Es la contribución del contenido calorífico (H , ENTALPÍA) + + la contribución del grado de orden/desorden (S, ENTROPÍA)

G = H -TS

Variables termodinámicas (1)
G es como una energía potencial que tenderá a un mínimo en el sistema -------> CRITERIO DE ESPONTANEIDAD El sistema tenderá al equilibrio minimizando G:
H disminuye (pierdecalor) G = H-TS S aumenta (aumenta el desorden) Cualquier otra combinación de H y S que provoque el descenso de G

El recorrido de un proceso hacia el equilibrio no tiene porqué producirse en un único paso: puede pasar por estadios de menor energía (aunque no sea la mínima):
(1)

ESTADOS METAESTABLES

G

me taestabilid ad (2)

Variables termodinámicas (2)
• Notación de delta (): G = H –TS  G = 0
– En termodinámica se miden los pasos de un equilibrio a otro o de un estado metaestable a otro más estable. – No se pueden VARIACIONES. medir magnitudes absolutas, sólo

• Variables termodinámicas indicativas de los estados energéticos usadas sólo como aplicación para los cálculos necesarios en el tratamiento de las reacciones químicas.

Variables termodinámicas (3)
• Lo queinteresa de estas variables es que se trata de:
– VARIABLES DE ESTADO: propiedades mesurables de la materia que describen macroscópicamente el sistema.
• EXTENSIVAS:
– Su valor depende de la cantidad de masa o volumen del sistema (Energía libre de Gibbs, G, Entalpía, H, Entropía, S). – Tienen propiedades aditivas y sustractivas y, por tanto, importará el número de moles que se pone en juego enuna reacción (ESTEQUIOMETRÍA).

• INTENSIVAS:
– Independientes de la masa o el volumen del sistema (Temperatura, T, Presión, P, Densidad).

Variables termodinámicas (4)
• El hecho de ser variables de estado EXTENSIVAS con propiedades aditivas y sustractivas supone el tener en cuenta el número de moles puestos en juego:
EJEMPLO CON LA ENTALPÍA

A +2B
Reactivos

3C + 4D
ProductosCalc ular el c alor transfe rido en el paso de re ac tivos a productos

HR = (3H C + 4H D) - (HA + 2HB )
¿Problemas?

Variables termodinámicas (5)
• SIMPLE BALANCE aplicable al cálculo variables extensivas para una reacción. • PROBLEMAS:
– Necesitamos conocer los valores absolutos de la entalpía de cada uno de los componentes (A, B, C, D) por mol – Hay que tener en cuenta que NO SE PUEDEN...