La primera ley de la termodinámica

Sistema: Es una porción de materia bien definida y que puede considerarse limitada por una superficie cerrada, real o imaginaria (el gas contenido en un recipiente, cierta cantidad de líquido en una tubería, etc.). La región no incluida en el sistema constituye el exterior o alrededores o ambiente.

Equilibrio termodinámico de un sistema: El equilibrio termodinámico de un sistema o su estado, está determinado por los valores de la presión, volumen, temperatura y cantidad de sustancia que un sistema puede tener, cuando éste está en equilibrio mecánico, térmico y químico.

Entropía: Grado en que los átomos, moléculas o iones se distribuyen, en forma desordenada, en una región dada del espacio. Suele expresarse con la letra S.

Entalpía: Cantidad termodinámica que se usa para describir los cambios térmicos que se llevan a cabo a presión constante. Suele expresarse con la letra H.

Transformación: Se llama transformación o proceso de un sistema a toda modificación de estado, es decir, a todo cambio en los valores de las variables que lo determinan.

Estado de un sistema: Se refiere a los valores de todas las propiedades macroscópicas pertinentes (composición, energía, temperatura, presión y volumen) donde la energía, temperatura, presión y volumen están determinadas por el estado en el que se encuentra el sistema. Depende del estado inicial y del estado inicial y final. Ejemplo:

II PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La primera ley de la termodinámica describe la conservación de la energía; establece que la energía puede ser convertida de una forma a otra, pero no se puede crear o destruir. En otras palabras, la energía total del universo es constante. Sería imposible probar la validez de la primera ley de la termodinámica si se tuviera que determinar el contenido total de energía del universo. Aun determinar el contenido total de energía de 1 g de 1 hierro sería mucho muy difícfl. Por fortuna, para evaluar la validez de la primera ley sólo debe considerarse el cambio en la energía interna de un sistema que resulta de la diferencia entre su estado inicial y su estado final. El cambio en la energía interna E está dado por:

donde EI y EF son las energías internas del sistema en sus estados inicial y final, respectivamente.

La energía interna de un sistema tiene dos componentes: la energía cinética y la energía potencial. La componente de energía cinética se constituye por los diversos tipos de movimiento molecular y de movimiento de los electrones al interior de las moléculas. La energía potencial está determinada por las fuerzas de atracción que se dan dentro los electrones y los núcleos, por las fuerzas de repulsión que hay entre los electrones entre sí y de los núcleos entre sí, y por las interacciones intermoleculares. Es imposible medir todas estas contribuciones con exactitud, por lo que se puede calcular con certeza la energía total de un sistema. Por fortuna no se tiene que hacer esto, en vez de ello, es posible abordar el problema considerando los cambios de energía, que se pueden determinar experimentalmente.

2.1 Entalpía

La mayoría de los cambios físicos y químicos, incluyendo aquellos que se efectúan en lo sistemas vivos, ocurren en las condiciones de presión constante de la atmósfera. Para expresar el calor liberado o absorbido en un proceso a presión constante, los químicos utilizan una cantidad llamada entalpía que se presenta como un símbolo H. El cambio de entalpía durante un proceso a presión constante se presenta como H (delta H). Ésta es igual a la diferencia entre las entalpías de los productos y las entalpías de los reactivos:

La entalpía de reacción puede ser positiva o negativa, dependiendo del proceso. Para un proceso endotérmico

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