1 ley de la termodinamica unidad 1
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SISTEMAS TERMODINÁMICOS
En la termodinámica, a
la parte macroscópica
del universo objeto de
estudio se le llama
SISTEMA. A las partes
del universo que
pueden interaccionar
con el sistema se les
llama ALREDEDORES
O ENTORNO
TIPOS DE SISTEMAS
Un sistema abierto es
aquel en el que se puede
transferir materia entre el
sistema y los alrededores.
Un sistema cerrado es
aquel en el que no es
posible tal transferencia
de materia. Un sistema
aislado es el que no
interacciona de ninguna
forma con losalrededores.
ESTADO Y EQUILIBRIO
Considere un sistema queno se somete a ningúncambio, en este caso esposible medir o calculartodas las propiedades delsistema lo que resulta enun conjunto depropiedades quedescriben por completo lacondición o el ESTADO delsistema. En un ciertoestado, todas laspropiedades tienenvalores fijos.
EQUILIBRIO
• La termodinámica estudia estados de equilibrio. La palabra
equilibrio implica un estado de balance.
• En un estado de equilibrio no hay potenciales desbalanceados (o
fuerzas impulsoras) dentro de un sistema.
• Un sistema no está en equilibrio termodinámico a menos que las
condiciones de todos los tipos relevantes de equilibrio se satisfagan
• El concepto de equilibrio puede concretarse en los tres tipos
siguientes:
• Para que exista equilibrio mecánico, tanto las fuerzas que actúan
sobre el sistema como las existentes en su interior deben estar
equilibradas; en consecuencia no existe aceleración del sistema, y
no hay turbulencias en su interior.
• Para que exista equilibrio material no deben existir reacciones
químicas globales en el sistema, ni haber transferencia neta de
materia desde una parte del sistema a otra o entre el sistema y sus
alrededores; las concentraciones de las especies químicas en las
distintas zonas del sistema son constantes con el tiempo.
EQUILIBRIO
• Si un sistema involucra dos fases, se encuentra en equilibrio de
fases cuando la masa de cada fase alcanza un nivel de equilibrio y
permanece ahí.
• Por último para que se dé el equilibrio térmico la temperatura
debe ser la misma en todo el sistema, es decir, el sistema no
involucra diferenciales de temperatura, que son fuerzas impulsoras
para el flujo térmico.
EQUILIBRIO
• Un cambio en el estado de equilibrio de un sistema se llama proceso. Enun proceso reversible el sistema se mantiene en un estado de equilibriovirtual durante todo el proceso; un proceso reversible es descrito aveces, como una sucesión de estados de equilibrio.
• Esto requiere que la diferencia de potencial (entre el sistema y losalrededores) que causa el proceso sea sólo infinitesimal ; y así, la direccióndel proceso puede ser invertida por un aumento o disminucióninfinitesimal en el potencial del sistema o los alrededores.
• Cualquier proceso real o natural ocurre en forma irreversible;pudiéndose pensar que un proceso reversible es un límite al que podamosacercarnos, pero sin alcanzarlo nunca.
PROCESO REVERSIBLE
PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
Sirven para caracterizar un sistema en equilibrio
• La composición
• La presión
• El volumen
• La temperatura
PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
EXTENSIVAS
• Una propiedad
termodinámica
extensiva es aquella
cuyo valor es igual a
la suma de los
valores
correspondientes a
diferentes partes del
sistema. Por ejemplo:
la masa
INTENSIVAS
• Las propiedades que no
dependen de la cantidad de
materia en el sistema se
denominan intensivas. Por
ejemplo: la densidad, la
presión
SISTEMA HOMOGÉNEO Y HETEROGÉNEO
Si cada propiedad
macroscópica intensiva es
constante a lo largo de un
sistema, éste es homogéneo
Cuando un sistema no es
homogéneo, puede constar de
una serie de partes que si lo
son.
Una parte homogénea de un
sistema se denomina fase.
Un sistema formado por dos omás fases es heterogéneo
ENERGÍA INTERNA
• La energía interna (U) consta de energía
molecular(electrónica, vibracional, rotacional), energía
relativista de la masa en reposo de los electrones (K) y del
núcleo, y energía potencial de interacción entre las moléculas
(P).
E(total)= K + P + U • Debido a que la termodinámica es una ciencia macroscópica, su
desarrollo no requiere conocer la naturaleza de U. Todo lo que
necesita son formas de medir la variación de U en un proceso. Estonos lo proporciona la primera ley de la termodinámica
CALOR Y TRABAJO
• El calor (q) es una transferencia de energía entre el sistema y
su entorno debida a una diferencia de temperatura.
• El trabajo (W) es una transferencia de energía entre el sistema
y su entorno debida a una fuerza macroscópica que actúa a lo
largo de una distancia.
• El calor y el trabajo son formas de transferencias de energía, más
que formas de energía.
ENTALPÍA
En el laboratorio, la mayor parte de los procesos químicos
físicos se efectúan bajo presión constante, y no a volumen
constante. En tales casos se escribe
o también
donde el subíndice p indica que el proceso se realiza a presión
constante. Cuando se reordena la ecuación anterior seobtiene
Definimos una nueva función llamada ENTALPÍA
ENTALPÍA
Cuando un sistema cambia del estado 1 al estado 2,
el cambio de entalpía es
ENTALPÍA
Esta ecuación se aplica si no se mantienen constantes la presión ni el volumen. Pero si ΔP=0
ENTALPÍA
ESTADO NORMAL DE LAS SUSTANCIAS PURAS
• El estado normal ( o estándar ) de una sustancia pura sedefine como sigue:
• Para un sólido o líquido puro, se define como el estadocorrespondiente a una presión P=1 bar y a unatemperatura T, donde T es la temperatura de interés. Elsímbolo para un estado normal es el símbolo de grado.
• Para un gas puro, el estado normal a temperatura T seelige como el estado en el que P=1 bar y el gas secomporta como gas ideal.
ENTALPÍA NORMAL DE FORMACIÓN
(ΔHf˚)
La entalpía normal de formación ( o calor normal deformación) de una sustancia pura a una temperatura T, es elcambio de entalpía normal para el proceso en el que se formaun mol de la sustancia en su estado normal aT, encontrándose cada elemento en su forma de referencia
0 0 0 02 2 2 5(grafito,T,P ) (gas ,T ,P ) (gas ,T ,P ) (liquido,T,P )
12C 3H O C H OH
2
f ,T (liq) f ,T (graf ) f ,T (g) f ,T (g)H (C H OH ) H (C ) H (H ) H (O )0 0 0 0
2 5 2 2
12 3
2TH0
MÉTODOS PARA CALCULAR LA ENTALPÍA
NORMAL DE FORMACIÓN (ΔHf˚)
• Método Directo
Este método funciona en compuestos que se pueden sintetizar con facilidad a partir de sus elementos. La formación de CO2 a partir de grafito y O2 es un ejemplo de ello.
MÉTODOS PARA CALCULAR LA ENTALPÍA
NORMAL DE FORMACIÓN (ΔHf˚)
• Método Indirecto
La mayor parte de los compuestos no se puedensintetizar directamente a partir de sus elementos. Enalgunos casos las reacciones:
Suceden con demasiada lentitud o no suceden
Hay reacciones secundarias que producen otroscompuestos y no el producto que se quiere obtener.
MÉTODOS PARA CALCULAR LA ENTALPÍA
NORMAL DE FORMACIÓN (ΔHf˚)
En esos casos, el valor de ΔHf˚ se puede determinar conun método indirecto, basado en la ley de Hess(llamada así en honor del químico suizo Germain HenriHess) el cual se enuncia como sigue:
Cuando los reactivos se convierten en productos, elcambio de entalpía es igual si la reacción se efectúaen un paso o en una serie de pasos
ENTALPÍAS NORMALES DE REACCIÓN
Para cualquier reacción química, se define la entalpía normal de
reacción, como:
La variación de entalpía al transformarse los números estequiométricos demoles de los reactivos puros, separados y cada uno de ellos en sus estadosnormales a temperatura T, en los números estequiométricos de moles delos productos puros, separados cada uno de ellos en su estado normal a lamisma temperatura T. con frecuencia se llama calor de reacción
0 0 0
T prod f,T reac f,T
prod reac
H H (prod) H (reac)
CAPACIDAD CALORÍFICA
La capacidad calorífica (C) es la energía que senecesita para elevar la temperatura de una cantidaddada de sustancia en 1 K
CAPACIDAD CALORÍFICA
• A volumen constante
CAPACIDAD CALORÍFICA
• A presión constante
CAPACIDAD CALORÍFICA