Termodiná

Termodinámica
Química

Introducción.

El diseño de procesos químicos parte del estudio de las reacciones químicas y su comportamiento de acuerdo a las leyes que las rigen.
El grado de eficiencia de una reacción química está en función directa de dos parámetros :

• El grado de avance de la reacción hasta llegar al equilibrio (equilibrio químico) y
• La velocidad con la que selleva a cabo la reacción (cinética).

Sin duda los dos parámetros están ligados a la ENERGÍA involucrada durante la reacción y es por esto que no nos conformaremos con lo estudiado por la termoquímica (si la reacción es exotérmica o endotérmica, la cuantificación de esa energía) sino que estudiaremos lo que ocurre con los cambios energéticos y su relación con el equilibrio y la cinética de lareacción.

Procesos espontáneos y la segunda ley de la Termodinámica.

Recordatorio:
Ley cero de la Termodinámica.
La Energía térmica (calor) Siempre fluye del cuerpo con mayor temperatura hacia el de menor temperatura si éstos cuerpos se ponen en contacto térmico hasta que se alcanza una temperatura intermedia llamada de equilibrio.

Primera ley de la termodinámica.
La energía involucrada enun proceso siempre se conserva.” La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma” . matemáticamente:

ΔE = Q + W

Donde: ΔE = cambio de Energía interna del sistema.
Q = Calor intercambiado por el sistema y los alrededores.
W = Trabajo efectuado por los alrededores sobre el sobre el sistema
O viceversa.

De esta ecuación partimos en el concepto debalance energético de un proceso determinado.

Para definir la segunda ley de la Termodinámica, primero revisaremos diversas definiciones.

Definición.
Funciones de estado. Son propiedades de los materiales que definen el estado (fase) en que se encuentra un material y no dependen del proceso usado para que el material llegara a ese estado.

Ejemplos:
• La temperatura• La energía interna

No son funciones de estado:
• Q el calor transferido
• W el trabajo realizado sobre el sistema.

Ambas cantidades dependen del tipo de proceso y de cómo se lleva a cabo el mismo.

Definición.
Equilibrio termodinámico. Es aquel estado en que coexisten dos fases de un material y que los procesos de conversión de una fase en otrase producen con la misma velocidad y preferencia, esto es, no se favorece la espontaneidad ni en un sentido ni en otro.

Definición.
Proceso reversible. Se dice que un proceso es reversible cuando podemos hacer pasar un material de una fase a otra siguiendo el mismo proceso ( trayectoria termodinámica )

Ejemplos:
• Fundir hielo y evaporar el agua (proceso directo)• Condensar el vapor y congelar el agua resultante ( proceso inverso)

Definición.
Proceso irreversible. Se dice que un proceso es reversible cuando no podemos hacer pasar un material de una fase a otra siguiendo el mismo proceso ( trayectoria termodinámica )

Ejemplos:
• La expansión de un gas.
• La caída de un objeto.

Definición.
Proceso espontáneo.Es todo aquel proceso que sucede en la naturaleza sin que exista una intervención de algún agente externo en su desarrollo.

Ejemplos:
• Un objeto que cae.
• El hielo que se convierte en agua cuando los alrededores están a 20°C
• El agua que se convierte en hielo cuando los alrededores están a 0°C

Una consecuencia lógica de las dos últimasdefiniciones:
EN TODO PROCESO ESPONTÁNEO EL PROCESO ENTRE LOS ESTADOS INICIAL Y FINAL ES IRREVERSIBLE.

Definición.
Entropía. Es la medida energética del grado de desorden de un sistema termodinámico.

A mayor entropía mayor desorden en un sistema.
Ejemplos:
• Ssólido< Slíquido 0

Tercera ley de la Termodinámica.

Definiciones previas.

Definición.
Grados de...