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fisicoquímica 2003
Módulo I: termodinámica
seminario 1
Conceptos Importantes
Sistema, alrededores y paredes.
Relación entre el tipo de paredes y los procesos que puede sufrir un sistema.
Estados de equilibrio y funciones de estado.
Calor y trabajo.
Capacidad calorífica, energía interna y entalpía.
Formulas básicas




Preguntas Conceptuales
1) ¿Son el calor y el trabajo formasde energía?¿Qué unidades de calor, trabajo y energía conoce?
2) Proponga un experimento sencillo que demuestre la existencia del calor.
3) Represente gráficamente en un diagrama P-V las siguientes transformaciones que sufre un mol de gas ideal entre los volúmenes V1 y V2:
a) Expansión isotérmica reversible.
b) Expansión adiabática reversible.
c) Compresión a presión constante con unposterior calentamiento a volumen constante.
4) Diga si el siguiente enunciado es correcto y justifique su respuesta: "De acuerdo al primer principio de la termodinámica, la energía de un sistema se mantiene constante".
5) Demuestre que si no se realizan trabajos independientes del cambio de volumen, el calor puesto en juego en procesos a presión constante es igual al cambio de entalpía del sistema,mientras que en procesos a volumen constante el calor es igual al cambio de energía interna.
6) Demuestre que para un gas ideal Cp=Cv+R.¿Es razonable que la capacidad calorífica a presión constante sea mayor que la capacidad calorífica a volumen constante?
7) Usando un ciclo demuestre que el H de una reacción química a la temperatura T2 puede calcularse a partir de su H a la temperatura T1mediante la fórmula:
, Ley de Kirchoff.
Considere que ni reactivos, ni productos cambian de fase entre T1 y T2.
Problemas
Problema 1
Para cada uno de los siguientes procesos diga si H, E, Q y W son mayores, menores o iguales a cero:
a) Un gas ideal se expande adiabáticamente contra una presión externa de 1 atm.
b) Un gas ideal se expande adiabáticamente contra el vacío.
c) Un líquido seconvierte reversiblemente en vapor, a temperatura constante y 1 atm. (No calcular E).
d) Dos barras de cobre, una inicialmente a 80 C y la otra a 20 C, se ponen en contacto mutuo en un compartimento térmicamente aislado y se dejan llegar al equilibrio.
e) Un líquido en un recipiente térmicamente aislado se agita durante una hora con un agitador eléctrico accionado por un motor que está en losalrededores.
Problema 2
Un mol de gas ideal sufre las distintas transformaciones que se representan a continuación. Cuando el sistema pasa del estado A al B a lo largo del camino ACB, el sistema absorbe 80 joules de calor y realiza un trabajo de 30 joules.
a) ¿Cuánto calor se pone en juego a lo largo de la trayectoria ADB si el trabajo realizado es de 10 joules?
b) Cuando el sistema vuelve delestado B al A, a lo largo del camino curvo, el trabajo puesto en juego es de 20 joules.¿El sistema absorbe o cede calor en dicho proceso? ¿Cuánto?
c) Compare las temperaturas de los puntos C y B con respecto a A. Justifique su respuesta.

Problema 3
Calcule el trabajo hecho sobre el sistema para cada uno de los siguientes ejemplos. Especifique el signo y exprese el resultado en calorías.
a)Levantamiento de un libro de 300 g desde el suelo hasta un estante de 2m.
b) Un músculo de 1 cm2 de sección transversal y 10,0 cm de largo, que es estirado hasta 11,0 cm por acción de una pesa que cuelga de él. El músculo se comporta como un resorte que sigue la ley de Hooke con k = 10 N/cm.
c) Expansión de un gas ideal de 1 a 3 litros contra una presión constante de 1 atm.
d) Idem (c) pero contrapresión de 10-6 atmósferas.
e) Expansión reversible de un gas ideal a temperatura constante de 25 ºC, siendo la presión inicial de 1 atm.
Problema 4
Calcule el calor puesto en juego en cada una de las siguientes transformaciones. Especifique el signo y exprese el resultado en calorías.
a) 100 mg de agua líquida se calientan desde 0 ºC hasta 100 ºC, a 1 atm de presión.
b) 100 mg de agua se...