¿Por qué necesitamos saber esto?
La Termodinámica es esencial para la física: nos permite estudiar
maquinas termicas, transiciones de fase, agujeros negros…
La Termodinámica es esencial para la química.
Explica por qué las reacciones tienen lugar y nos permite
predecir la cantidad de calor que liberan y el trabajo que
pueden realizar.
Forma parte de nuestras vidas, ya que el calor emitido
por los combustibles al quemar y los recursos energéticos
aportados por los alimentos que ingerimos, están gobernados
por principios termodinámicos.
¿Qué conocimientos previos necesitamos?
El concepto de energía y sus diversas formas de manifestarse.
Distinguir entre los diferentes tipos de sistemas químicos.
Establecer y explicar las implicaciones del Primer Principio de
la Termodinámica.
Escribir una ecuación termoquímica.
Distinguir entre energía interna y entalpía de un proceso, así como
se mide cada una.
Establecer y explicar las implicaciones del Segundo y Tercer
Principios de la Termodinámica.
Calcular la entalpía de reacción global en diferentes condiciones
experimentales, la entropía estándar de reacción y la variación de
energía libre de un proceso.
Utilizar el cambio de energía libre para determinar la espontaneidad
de un proceso a una temperatura dada.
El objeto de la Termodinámica es el estudio
de la energía y sus transformaciones, entendida
esta como la capacidad de un sistema para
realizar un trabajo o para suministrar calor.
Sistema y entorno
SISTEMA
ENTORNO
ENERGÍA
Ejemplo: sistemas químicos
Cuestión 1
En termodinámica, la descripción del estado de un sistema se realiza
mediante los valores de determinadas propiedades macroscópicas
denominadas variables termodinámicas, tales como p, V, T, m, …
No todas estas variables son independientes, basta conocer los valores de un pequeño número de ellas para caracterizar el sistema. Estas variables
independientes se denominan variables de estado.
Toda función que pueda expresarse con ayuda de las
variables de estado se denomina función de estado del sistema.
Funciones de estado
Una función de estado es cualquier propiedad que tiene un único valor
cuando el estado del sistema está definido.
Una muestra de agua a 293,15 K y a la presión de una
atmósfera está en un estado especificado.
d = 0,99820 g/mL.
Esta densidad es una función única del estado.
No importa cómo se haya establecido el sistema.
Variación de la función de estado
?F
F
F = función de estado
Calor
Calor es la energía que se intercambia entre un sistema y sus alrededores
como resultado de una diferencia de temperaturas.
El calor fluye desde el cuerpo más caliente hasta el cuerpo más frío:
La temperatura puede experimentar una variación.
El estado de la materia puede cambiar (proceso isotérmico).
Calorías (cal):
La cantidad de calor necesaria para variar un grado Celsius la
temperatura de un gramo de agua.
Julio (J):
SI es la unidad de energía básica para el calor.
1 cal = 4,184 J
Capacidad calorífica. C
La cantidad de calor necesaria para modificar un grado la temperatura de un sistema.
Capacidad calorífica molar:
El sistema es un mol de sustancia. q = n x C x ?T
Capacidad calorífica específica, c.
El sistema es un gramo de sustancia. q = m x c x ?T
(Gp:)
(Gp:)
Si ?T > 0 entonces q > 0 el sistema absorbe o gana energía en forma de calor.
Si ?T < 0 entonces q < 0 el sistema cede energía en forma de calor a los alrededores.
Si aplicamos el principio de conservación de la energía:
qsistema + qalrededores = 0
qsistema = -qalrededores
EL CALOR NO ES UNA FUNCIÓN DE ESTADO
Determinación del calor específico
Determinación del calor específico a partir de datos experimentales.
(Gp:) qplomo = -qagua
(Gp:) qagua = mc?T = (50,0 g)(4,184 J/g ºC)(28,8 22,0)°C
(Gp:) qagua = 1,4×103 J
(Gp:) qplomo = -1,4×103 J = mc?T = (150,0 g)(c)(28,8 100,0)ºC
(Gp:) cplomo = 0,13 Jg-1°C-1
Cuestión 2
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