Introduccion a la fisicoquimica

Tema 1: Introducción a la termodinámica

1. Introducción
La Química Física es la parte de la química que estudia los principios que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas químicos. El término de termodinámica hace referencia literalmente, al estudio de los efectos mecánicos producidos por el calor. El origen de la termodinámica se basa en el análisis de Sadi Carnot enel funcionamiento de las maquinas térmicas. Para los procesos de interés en química, habitualmente, la cantidades de calor y trabajo solo interesan indirectamente, por lo que Gibbs y otros establecieron una formulación más refinada, basada en el uso de funciones de energía. La termodinámica se basa en una serie de principios (de la termodinámica) que resumen y generalizan las observaciones de lanaturaleza. Por ello, las leyes obtenidas de estos principios son viables, ya que la naturaleza no las contradice y además derivan de observaciones experimentales. La termodinámica es una ciencia experimental, es decir, los resultados y leyes derivados de sus principios pueden expresarse en términos y magnitudes experimentales. Es una ciencia exacta ya que sigue un método puramente deductivo. En suversión clásica, la termodinámica es una ciencia macroscópica, ya que los sistemas que trata, son similares a los observados con los sentidos. Sin embargo, solo se puede obtener medidas puramente experimentales. Las propiedades macroscópicas son consecuencia de la estructura atómica o molecular del sistema. El análisis de dichas propiedades lo lleva a cabo la termodinámica estadística. Latermodinámica clásica al no hacer hipótesis sobre la naturaleza microscópica de los sistemas, tiene una aplicabilidad muy general, siendo sus limitaciones las que se derivan, precisamente, de ignorar esta estructura microscópica.

2. Definiciones fundamentales
Se denomina sistema a una parte del universo delimitado por ciertas paredes, reales o imaginarias. Todo lo que rodea al sistema se denomina medioo entorno. Los sistemas, por sus interacción con el medio, se clasifican en cerrados, abiertos o aislados. Un sistema cerrado no puede intercambiar materia con el medio, pero si energía. Un sistema abierto es el que puede intercambiar materia y energía, pero un sistema aislado es aquel que no puede intercambiar nada. Cabe resaltar que el tipo de interacción del sistema con el medio, depende de lanaturaleza de las paredes que lo separan. Las paredes diatérmicas permiten el flujo de calor, pero no el intercambio de materia. Las paredes adiabáticas no permiten ni la materia, ni el flujo de calor. Los sistemas, por su naturaleza, pueden ser homogéneos y heterogéneos. En los primeros, las propiedades tienen los mismos valores en todos los puntos, o bien varían continuamente. En los segundos,existen superficies en las que las propiedades cambian de forma brusca, discontinua, es decir, constituidos por varias fases. Todo sistema puede ser descrito por los valores que poseen sus propiedades, llamadas variables termodinámicas. No todas las variables termodinámicas son independientes. Las variables termodinámicas pueden clasificarse también en extensivas, que dependen de la cantidad demateria total, o intensivas, que son independientes. Las extensivas como la masa, el volumen o la energía, se identifican cuando al dividir el sistema a la mitad, las mismas se dividen en dos. El estado de un sistema se define cuando todas sus variables termodinámicas tiene valores fijos, son por tanto funciones de estado y estaban definidas cuando se encuentra el sistema en equilibrio. Esteequilibrio incluye equilibrio químico, cuando su composición química no varía, equilibrio térmico, cuando su temperatura es estable, y equilibrio mecánico cuando no hay movimientos macroscópicos en el interior del sistema ni en la superficie. Dentro de estos equilibrios, hay que distinguir entre estables, o verdaderos, y metaestables o falsos equilibrios, debido a que la velocidad del cambio de...