termoquímica

TERMODINÁMICA
TEMA 2.- Primer principio de la Termodinámica (Continuación)

2.2.- Calor y capacidad calórica (o calorífica)
[Alzola 146-177; Nieto 21-41; Atkins]
Si bien el calor es un concepto elemental, que todos tienen, adquirido de la experiencia diaria, este es de tal importancia en la Termodinámica que resulta necesario dar una definición exacta de él y, siendo la Termodinámica unaciencia empírica, se introducirá el concepto sobre una base experimental.
Con este fin:
Consideremos diferentes sistemas, designados mediante el subíndice k, que se encuentran inicialmente a diferentes temperaturas iniciales (I) que serán designadas por TkI. Como se ilustra en la parte izquierda de Fig. 2.6.-.
Fig. 2.6.-

Pongamos en contacto térmico a todos los sistemas anteriores, esto es,separémoslos mediante paredes diatérmicas e introduzcámoslos todos dentro de un recipiente con paredes adiabáticas.
Experimentalmente se observa que, después de cierto tiempo, todos los sistemas alcanzan el equilibrio térmico, caracterizado por una temperatura final común: TF.
Si se considera para cada uno de los sistemas la magnitud:
Ck(TF – TkI) [2.2-1]
se observa que para diferentes valoresde las temperaturas iniciales TkI, la temperatura final de equilibrio TF es tal que en todos los casos se cumple que:
Σ[Ck(TF – TkI)] = 0 [2.2-2]
En las ecuaciones anteriores la magnitud Ck es un número positivo, que, de manera aproximada, es constante para un sistema dado y se denomina “capacidad calórica o calorífica del sistema”.
Para que la suma de los términos que aparecen en ec. [2.2-2]pueda ser igual a cero, algunos de ellos serán mayores que cero: aquellos para los cuales TF > TkI y otros serán menores que cero: aquellos para los cuales TF < TkI. Si los términos de la sumatoria [2.2-2] se representan mediante un símbolo más sencillo: Qk:
Qk = Ck(TF – TkI) [2.2-3]
ec. [2.2-2] puede expresarse como:
ΣQk = 0 [2.2-4]
La expresión [2.2-4] puede considerarse una ecuación deconservación de la magnitud Qk en el proceso anterior de contacto térmico prolongado de diferentes sistemas, que es positiva, o sea, que aumenta en algunos sistemas: aquellos para los cuales la temperatura aumentó al alcanzar el equilibrio térmico, mientras que es negativa, y disminuye para otros: aquellos en los cuales la temperatura disminuyó al alcanzar el equilibrio térmico. O sea, lamagnitud Qk disminuye en algunos de los sistemas, porque es cedida a otros, que la absorben de los primeros, de modo que en ellos aumenta a expensas de la disminución que experimenta en los primeros.
A la magnitud Qk, definida según la ecuación [2.2-3], se le denomina “calor” y con más precisión “calor intercambiado en el proceso”.
De este modo, se ha llegado a la definición exacta de calor, sobre unabase experimental. Hasta el momento puede afirmarse que:
Al poner en contacto térmico prolongado varios sistemas, de modo que el conjunto se encuentre aislado adiabáticamente de los alrededores, ocurre un intercambio de calor –o intercambio térmico– en el cual los sistemas con las mayores temperaturas iniciales ceden calor a los de menores temperaturas iniciales de modo que el calor se conservadentro del recipiente adiabático.
Todavía, con la evidencia experimental acumulada, no es posible concluir que el calor sea una forma de energía que se intercambia entre los sistemas que se encuentran en contacto térmico, fluyendo desde los que tienen mayor hacia los que tienen menor temperatura. Esta conclusión será solo posible sobre la base del primer principio de la Termodinámica, que serátratado más adelante.

Capacidad calórica o calorífica de un sistema
De ec. [2.2-3] se obtiene la definición de capacidad calórica o calorífica de un sistema:
Ck = Qk/(TF – TkI) [2.2-5a]
o:
Ck = Qk/ΔTk [2.2-5b]
Siendo, de esta manera, la relación entre el calor intercambiado por un sistema y la variación de temperatura que esto ocasiona o, en otras palabras, es el calor necesario para...