Termodinámica

TERMODINÁMICA
Estudio de las transformaciones energéticas asociadas a procesos
Interacción con
el entorno
Fronteras

Sistema
Entorno
Universo
Cambios de Estado y Procesos
Calor

T1,P1,X1
Estado de
equilibrio 1

Trabajo

T2,P2,X2

camino 1

Estado de
equilibrio 2
camino 2

•reversibles Equilibrio?
•irreversibles

Procesos

Fronteras?

•isobáricos
•isocóricos
•isotérmicos
•adiabáticos

TIPOS DEPROCESOS
Procesos isobáricos
W

P

P = Pext

Pext

Paredes móviles
adiabáticas o diatérmicas

Procesos adiabáticos

T

Q=0

Procesos isocóricos

Text

Paredes adiabáticas
fijas o móviles

P

∆V = 0

Pext

Paredes fijas
adiabáticas o diatérmicas

Procesos isotérmicos
Q

T

T = Text

Text

Paredes diatérmicas
fijas o móviles

ENERGÍA Y SISTEMAS FISICOQUÍMICOS
ENERGIA: es la capacidad de
realizartrabajo o de transferir
calor.

Energía a nivel
microscópico

CALOR: es un intercambio de
energía asociado al vínculo
térmico entre el sistema y su
entorno.

TRABAJO: es un intercambio
de energía asociado con el
vínculo mecánico entre el
sistema y su entorno.

Formas de energía:
* Radiación

* Eléctrica

* Mecánica

* Química

* Gravitatoria

* Elástica

EC

Energía
Cinética

EP

Energía
PotencialENERGÍA Y FUNCIONES DE ESTADO
Funciones de estado. Ejemplos: T y P
Energía interna: Suma de todas las Ec y Ep de las
partículas del sistema. La variación de la energía
interna NO depende del camino: ⇒ f(estado)
Energía cinética: es la energía asociada al movimiento
de las partículas del sistema, a mayor velocidad > Ec.
Energía potencial: es la debida a fuerzas de interacción
(atracción y repulsión)entre partículas, a menor
distancia > |Ep| de interacción.

Primera Ley de la TD: La energía no se crea ni se destruye.
La energía total del universo permanece constante.

∆E = Ef – Ei = Q - W

CALOR Y TRABAJO: FUNCIONES DEL CAMINO
Calculos de W:
Expansión: W = P. ∆V
Eléctrico:
W = q.∆E

Convención de Signos:
Pierde Q ⇒ Q < 0
Absorbe Q ⇒ Q > 0
Ejecuta W ⇒ W > 0
Recibe W ⇒ W < 0

Calculos de Q:Calent/Enfr: Q = m.c.∆T
Transf. fase: Q = m.L

Equivalente mecánico del calor

Experimento de Joule

Calor y Trabajo: Formas de intercambiar energía,
aparecen sólo durante una transformación y como
dependen del proceso NO son funciones de estado!
H2O(15ºC) → H2O (20ºC)
Ej: fuego, electrodos, luz solar o agitador mecánico
Energía Térmica: Asociada a nivel molecular con el movimiento caótico de laspartículas ( = 3/2.RT)
Calor: Flujo de energía térmica generalmente debido a diferencias de
temperatura

ENERGÍA INTERNA, ENTALPÍA Y CALOR

H = E + P.V
La entalpía H y la
energía interna E
son f(estado)

∆H = ∆E + ∆(P.V) ≈ ∆E + ∆(nG.R.T)
Transf. a V=cte: ∆E = QV + P.0 = QV
Transf. a P=cte: ∆H = (QP - P.∆V) + P∆V = QP

Medición de
∆E & ∆H por
calorimetría
Q a V=cte ⇒ ∆E

Q a P=cte ⇒ ∆H

CALOR ENTRANSFORMACIONES FÍSICAS
SUSTANCIAS PURAS
Tempe ratura

L-V

V

Curvas de Calent./Enfriam.
c(s) = 0.55cal/goC
c(l) = 1.00cal/goC
c(g) = 0.50cal/goC
L fus = ∆H fus = 6.01 kJmol
L vap = ∆H vap = 40.65 kJmol

L
S-L
S
Q entregado

Cambio físico:
H2O(g) → H2O(s) ∆Hsub?? (difícil de realizar)
H2O(s) → H2O(l) ∆Hfus = 80 cal/g (endot.)
H2O(l) → H2O(g) ∆Hvap = 540 cal/g (endot.)
⇒ ∆Hsub = -(∆Hfus + ∆Hvap)= -620 cal/g (exotérmico)

TERMOQUÍMICA: CALORES DE REACCIÓN
A(g) + B(g) → C(g) + D(g) ∆H
A(g) + B(g) → E(g)
E(g) → C(g) + D(g)

∆H1
∆H2

∆H = ∆H1 + ∆H2
Ley de Hess: La variación de entalpía que acompaña a una
cierta transformación es independiente de que el proceso
se realice en una o más etapas.
Cambio químico:
2C(grafito) + O2(g) → 2CO(g) ∆Hr ?? (forma CO2)
C(grafito) + O2(g) → CO2(g) ∆H1 =-393.51 kJ/mol (exot.)
2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g) ∆H2 = -565.98 kJ/mol (exot.)
⇒ ∆Hr = 2.∆H1 - ∆H2 = -221.04 kJ/mol (exotérmica)

ENERGÍA QUÍMICA
Ruptura de enlaces → requiere energía
Formación de enlaces → libera energía
EXOTÉRMICA

Reacción Exotérmica:
Se libera más energía en la formación de
enlaces de la que se emplea para romper
enlaces (la energía puede liberarse como
calor, luz, trabajo)....

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