Termoquimica

LECCIÓN 10: TERMOQUÍMICA

1. Sistemas, estados, variables y funciones de estado.
2. Energía interna
3. Entalpías:
a. Entalpía de reacción: Ley de Hess
b. Entalpía y temperatura: Capacidades caloríficas
c. Cambios de estado y calores latentes
4. Entropía
5. Energía libre de Gibbs
6. Procesos espontáneos, no espontáneos y reversibles.

1.Sistemas, estados, variables y funciones de estado

Un sistema termodinámico es cualquier porción de materia limitada por una superficie cerrada, sea ésta material o inmaterial.
Es interior cuando es el propio sistema.
Es exterior cuando todo aquello que, aunque no forme parte del sistema, lo rodea de forma que puede intercambiar energía con él.
Se llama límite a la superficie material o inmaterialque separa al sistema del medio exterior.
Es abierto cuando puede intercambiar energía y materia con el medio exterior y
cerrado cuando sólo puede intercambiar energía.
Se llama aislado si no puede intercambiar nada.

Se denomina “sistema químico” a las sustancias químicas que participan en los cambios físicos y químicos de interés, mientras que todo lo que rodea al sistema constituye el“entorno”. El “universo” es el “sistema” más el “entorno”

Un sistema termodinámico queda definido cuando se conocen los valores de un conjunto magnitudes físicas y químicas asociadas al sistema:
- magnitudes físicas como pueden ser la masa, la presión, la temperatura, el volumen y el estado físico,
- y magnitudes químicas como la composición (identidad y número de moles).

Un conjunto devalores definen un estado. Una vez especificado el estado, todas las demás propiedades del sistema, tanto químicas como físicas permanecen constantes.

Por ejemplo: para un gas ideal del que se conoce el número de moles, el volumen y la temperatura, entonces la presión queda definida mediante la ecuación de estado o ecuación general de los gases:

P = n . R .T / V (donde R esla constante de los gases)

Las propiedades de un sistema se llaman funciones de estado. El valor de una función de estado depende únicamente del estado del sistema y no de la manera por la cual el sistema ha alcanzado dicho estado.

Cuando estas magnitudes permanecen constantes se dice que el sistema tiene un estado de equilibrio. Si el sistema abandona ese estado de equilibrio para pasar aotro nuevo estado también en equilibrio, al variar las magnitudes se produce un proceso termodinámico caracterizado por otros valores de las magnitudes, por ello se llaman variables.

Por ejemplo, si se expande el gas contenido en un recipiente provisto de un émbolo móvil, debido a la presión ejercida por el gas sobre la superficie del émbolo, el volumen del gas aumenta mientras que la presiónejercida sobre el émbolo disminuye. El estado de equilibrio final es distinto del inicial.

Para representar gráficamente el proceso termodinámico se utilizan los diagramas termodinámicos que relacionan dos de los valores de las variables termodinámicas por medio de un sistema de coordenadas plano, siendo el más usual el que relaciona la presión y el volumen, llamado sistema de Clapeyron en elque los valores de la presión se representan en ordenadas y los valores de volumen en abscisas.

Por ejemplo: a Temperatura constante (isoterma), y número de moles constante, conforme aumenta el volumen disminuye la presión. P = (n.R.T) . 1 / V ,donde (n.R.T) = cte.

Un cambio en una función de estado describe las diferencias entre dos estados, y es independiente del proceso o rutaseguida.

En el ejemplo anterior se puede pasar del estado 1 al estado 2 haciendo un recorrido diferente, por ejemplo: primero un aumento de volumen a presión constante (isóbara) en este caso la temperatura aumenta, se alcanza un estado intermedio 1’ y después una disminución de la presión a volumen constate (isócora) hasta alcanzar el estado 2, en este caso la temperatura disminuye....