Termodinamica quimica

Capítulo I. ASPECTOS TERMODINÁMICOS DE LAS REACCCIONES QUÍMICAS
1.1. Introducción No hay quien dude de la importancia de la energía. Está presente en los alimentos que consumimos, que en el fondo son energía para la vida. En el terreno industrial llega a ser de capital importancia la disponibilidad de energía a bajo costo, condición sin la cual muchos procesos industriales no serían viables.Esta energía se genera con combustibles usados en calefacción, aire acondicionado, energía eléctrica, generadores de vapor y de electricidad, motores, etc. La energía constituye, sin duda, un costo de producción directo o indirecto importante en cualquier tarea industrial. Tradicionalmente se han utilizado el carbón, el gas natural y el petróleo como principales fuentes de energía. Sin embargo,utilizando los conocimientos científicos actuales, la humanidad avanza hacia la sustitución, al menos parcial, de dichas fuentes de energía tradicionales con fuentes energéticas alternativas: energía eólica, energía solar, energía nuclear, etc. Hay, pues, distintos tipos de energía: potencial, cinética, térmica o calorífica, eléctrica, química, etc. El concepto de energía es un principio fundamental dela ciencia, ya que todos los procesos físicos y químicos están acompañados de transferencia de energía. Por otro lado, la energía “no se crea ni se destruye”, sólo se transforma, resultando así fundamentales los balances de energía, que deben considerar toda la energía intercambiada y/o interconvertida en los distintos cuerpos y/o sustancias que participan en un proceso. Precisamente latermodinámica es la ciencia que estudia las variaciones de energía que acompañan a los procesos (físicos o químicos), y se denomina así ya que en la mayoría de los casos este intercambio de energía se manifiesta a través de un flujo de calor (termo). Estudiaremos en este capítulo algo de termoquímica, parte de la termodinámica que tiene que ver con la observación, medición y predicción de los cambios deenergía en los procesos con reacción química. También veremos cómo es posible predecir, mediante consideraciones energéticas, si un determinado proceso puede producirse espontáneamente o no. 1.2. Conceptos básicos en termodinámica El estudio de la termodinámica utiliza un lenguaje particular con el cual debemos familiarizarnos antes de empezar su estudio. En primer lugar tendremos que delimitar deforma precisa la parte del universo objeto de nuestro estudio; así distinguimos: • Sistema: parte del universo objeto de estudio. • Alrededores: porción del universo que no se va a estudiar, pero que puede interactuar con el sistema. Porción complementaria del sistema, respecto al todo o universo. • Pared o frontera: separación real o imaginaria entre el sistema y los alrededores. El tipo defrontera determina qué tipo de interacción se puede producir entre el sistema y los alrededores. Así la frontera puede ser:

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Universidad de Piura – Facultad de Ingeniería - QUÍMICA GENERAL 2

• Móvil o rígida, lo que permitirá o no un cambio de volumen del sistema, • Permeable, impermeable o semipermeable, lo que permitirá o no el intercam-

bio de materia entre el sistema y los alrededores.• Adiabática o diatérmica, que permite o impide, respectivamente, mantener una

diferencia de temperatura entre el sistema y los alrededores. Así, los sistemas termodinámicos, se pueden clasificar en (figura 1.1): • Cerrados: son aquellos que pueden intercambiar energía, aunque no materia, con los alrededores. • Abiertos: aquellos que pueden intercambiar materia y energía. Figura 1.1. Tipos desistemas. • Aislados: que no pueden intercambiar ni materia ni energía. Para describir un sistema termodinámico debemos conocer los valores de una serie de propiedades observables macroscópicamente, llamadas variables de estado, propiedades o funciones termodinámicas de estado, por ejemplo, presión (P), temperatura (T), densidad (ρ), volumen (V), composición (x), etc. No todas las variables...