Tema 9 primera parte 2014

Termodinámica
Tema 9 (primera parte)

Termodinámica
- estudia los cambios de energía que se producen en un sistema cuando cambia
de estado
- estudia los intercambios de energía que puede haber entre diferentes sistemas
- cuando se aplica al estudio de reacciones químicas se denomina termodinámica
química
- se basa en leyes y no en teorías o modelos

Objetivos
1) predecir si una reacción químicatiene tendencia a producirse
espontáneamente
2) determinar el rendimiento de la reacción

Limitaciones
1) No se puede conocer el tiempo que tarda en producirse la reacción
(velocidad)
2) No se puede conocer el mecanismo de la reacción

9.1

Definiciones
Sistema es la porción del universo
sometida al estudio termodinámico
El resto del universo se denomina
ambiente

Universo = Sistema + AmbienteTipos de sistemas

abierto

cerrado

aislado

9.2

Definiciones
Proceso
es el conjunto de transformaciones que le permiten al sistema pasar de un
estado inicial a un estado final
Camino
es la secuencia de estados que recorre un sistema para pasar del estado
inicial al estado final.
Función de estado (variable de estado)
es aquella función cuya variación depende exclusivamente del valor de lapropiedad en el estado inicial y en el estado final, sin tener en cuenta el
camino seguido en la transformación
Son funciones de estado la energía, la presión, el volumen y la temperatura

9.3

Función de estado
Altitud
es función de estado
Distancia
NO es función de
estado

Energía interna (E)
es función de estado
E

9.4

Trabajo (w)
Es una cantidad algebraica que puede asociarse con el ascenso oel descenso
de una pesa en el ambiente

Debe interpretarse como una energía en tránsito y el signo algebraico indica el
sentido de la transferencia

w+
w-

el sistema recibe trabajo desde el ambiente
el sistema entrega trabajo al ambiente

9.5

w = - Pext dV
donde:
Pext presión exterior
dV cambio de volumen infinitesimal

Expansión
dV = V2 – V1 = (+) →

Wexpansión = (-)

Compresión
dV = V2 – V1 =(-) → Wcompresión = (+)

w = - ∫ Vf
Vi

Pext dV

el sistema le entrega trabajo
al ambiente
el sistema recibe trabajo del
ambiente

expresión general
9.6

Ejemplo A
Expansión de un gas con un cambio de volumen finito

Pext = constante (al retirar la pesa, hay un cambio de volumen brusco)

w = - ∫ Vf

Pext dV

Vi

∫ 2 dV = V2 - V1

w = - Pext ∫ 2 dV
1

w = - Pext (v2 – v1)

1

→

w = - Pext ΔVPext = Pfinal = P2
w = - 1 atm (10 – 1) L = - 9 L.atm = - 911 J

proceso
irreversible
9.7

Ejemplo B
Expansión de un gas con cambio de volumen finito en 2 etapas

w total = w1 + w2
w1 = - P3 (V3 – V1) = - 5 atm ( 2 - 1) L = - 5 L.atm = - 506 J
w2 = - P2 (V2 – V3) = - 1 atm ( 10 - 2) L = - 8 L.atm = - 810 J

wtotal = - 5 L.atm + (- 8 L.atm) = - 13 L.atm = - 1316 J

proceso
irreversible

9.8

wejemplo A = - 911 J

w ejemplo B = - 1316 J

w ejemplo A ≠ w ejemplo B
camino

TRABAJO (w)

ejemplo A

≠ camino ejemplo B

NO es función de estado

depende de su valor en el estado inicial, en el estado final y del
camino recorrido en la transformación

9.9

Ejemplo C
Expansión de un gas con cambio de volumen infinitesimal
(en lugar de pesas se coloca un recipiente con arena, y se retira la arenagrano a grano)

Pext = Pgas
Hay un equilibrio entre la presión del gas
y la presión exterior .
Este tipo de proceso se denomina
proceso reversible

Al retirar granos de arena, NO hay un cambio de volumen brusco

9.10

Proceso reversible
Se pasa de un estado inicial a un estado final por una sucesión de estados de equilibrio
Al variar la Pext en forma infinitesimal en un sentido o en otro, se puedeinvertir el proceso

Proceso irreversible
Existe una diferencia apreciable entre la presión del gas y la P ext
El proceso no se puede invertir por modificaciones infinitesimales de la P ext

w = - ∫ Vf

Pext dV

Vi

Pext = Pgas

proceso reversible

Para un gas ideal

P V = n RT

Pgas = n RT / V

9.11

Pext dV

w = - ∫ Vf
Vi

w=- ∫

Vf

nRT dV / V

Vi

w = - nRT ∫

2
1

dV / V

wrev = - nRT ln V2...