TERMODINAMICA QUIMICA
La termodinámica estudia las relaciones del calor con otras formas de energía
El estudio de la termodinámica se centra sobre un sistema en estudio separado de su entorno o medio ambiente por fronteras reales o imaginarias.
sistema + medio ambiente = universo
La termodinámica clásica estudia los sistemas en equilibrio cuyas propiedades, funciones o variablestermodinámicas no cambian con el tiempo.
Las propiedades que definen un estado termodinámico se denominan funciones de estado. Estas funciones son tales que toman un valor determinado en los distintos estados que puede tomar el sistema. Por ejemplo si la energía de un sistema en un estado 1 es E1 y en el estado 2 es E2, entonces la variación de la propiedad, energía es:
(E = E2 – E1
En estostipos de funciones no interesa el camino ni el tiempo para llegar desde el estado 1 al estado 2.
Todo sistema macroscópico está constituido por moléculas. Las moléculas almacenan energía en forma de; energía de traslación, de vibración, de rotación, de enlace, electrónicas e interacciones moleculares.
La energía interna (E) de un sistema no se puede conocer en términos absolutos, sin embargo esposible determinar la magnitud del cambio ((E) entre dos estados.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La primera ley se puede enunciar en los siguientes términos:
«Si se transfiere calor, Q, desde el entorno o medio ambiente a un sistema, la energía interna, E, aumenta en una cantidad (E y al mismo tiempo, parte del calor puede invertirse en realizar un trabajo, W, sobre el medio»
(E = Q – W(
W < 0 W > 0
(
Q >0 Q < 0
( (
Los cambios se pueden resumir en:
(E > 0 si aumenta la energía del sistema
(E < 0 si disminuye la energía del sistema
Q > 0 si fluye calor desde el entorno hacia el sistema
Q < 0 si fluye calor desde el sistema hacia el entorno
W > 0 si se hace trabajo contra el entorno
W < 0 si se hacetrabajo contra el sistema
La primera ley se conoce también como «ley de la conservación de la energía»
La energía del universo es constante
Tanto el calor (Q) como el trabajo (W) no son funciones de estado dado que estas dos variables dependen del camino seguido para efectuar el cambio de estado, sin embargo su diferencia si es función de estado ((E).
El trabajo de expansión de un gas sepuede calcular como:
W = Pop(V2 – V1)
donde: Pop es la presión contra la que se efectúa el trabajo
V2 y V1 son los volúmenes finales e iniciales del gas
si V2 > V1 se trata de un trabajo de expansión
si V2 < V1 se trata de un trabajo de compresión
De acuerdo a esto, la primera ley se puede expresar como:
(E = Q – Pop(V2 – V1)
a) Cambio adiabático: Es el cambio de estado que serealiza sin que exista intercambio de calor entre el sistema y el ambiente (por ej. en un termo). En este caso Q = 0
(E = W (proceso adiabático)
b) Cambio a presión constante: Es el cambio más común debido a que gran parte de los procesos se realizan en contacto con nuestra atmósfera, la que prácticamente mantiene una presión constante de 1 atm.
(E = E2 – E1 = Q – P(V2 – V1)
reordenando seobtiene:
Q = E2 – E1 + PV2 – PV1
Qp = (E2 + PV2) – (E1 + PV1)
Esta última relación muestra que el calor transferido a presión constante (Qp) es igual a la diferencia entre los dos estados.
Se define una nueva función de estado llamada Entalpía (H), o contenido calorífico como:
H = E + PV
de acuerdo a esto tenemos que:
(H = (E + P(V
dado que la mayor parte de los procesos químicos serealiza a presión constante, las variaciones energéticas se expresan como cambios de entalpía ((H).
En las reacciones, el Trabajo (P(V) se calcula como
P(V = ((ng(productos) – (ng(reaccionantes)( R T; R = 1.987 cal/mol K
(ng = suma de los moles de gases de la ecuación balanceada
TERMOQUÍMICA
La termoquímica estudia los cambios de energía térmica que acompañan a las reacciones químicas….