Practica Quimica

Objetivo.

El alumno determinara con los datos obtenidos en el laboratorio el trabajo desarrollado en un proceso termodinámico.

Consideraciones Teóricas.

Termodinámica.

La termodinámica se puede definir como la ciencia de la energía. Aunque todo el mundo tiene idea de lo que es energía, es difícil definirla de forma precisa. La energía se puede considerar como la capacidad para causar cambios.

El término termodinámica proviene de las palabras griegas therme (calor) y dynamis (fuerza), lo cual responde a lo más descriptivo de los primeros esfuerzos por convertir el calor en energía. En la actualidad, el concepto se interpreta de manera amplia para incluir los aspectos de energía y sus transformaciones, incluida la formación de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia.

En la termodinámica examinaremos los cambios en el estado de un sistema, que se define por los valores de todas sus propiedades macroscópicas ideales, por ejemplo, composición, energía, temperatura, presión y volumen. Se dice que la energía, la presión, el volumen y la temperatura son funciones de estado, es decir, propiedades determinadas por el estado del sistema, sin importar como se haya alcanzado esa condición. En otras palabras, cuando cambia el estado de un sistema, la magnitud del cambio de cualquier función de estado depende únicamente del estado inicial y final del sistema y no de cómo se efectuó dicho cambio.

Primera Ley De La Termodinámica

La primera ley de la termodinámica, que se basa en la ley de la conservación de la energía, establece que la energía se puede convertir de una forma a otra, pero no se puede crear ni destruir. Sería imposible probar la valides de la primera ley de la termodinámica si tuviéramos que determinar el contenido total de la energía del universo. Incluso sería muy difícil determinar el contenido total de energía de 1kg de hierro. Por fortuna, podemos demostrar la validez de la primera ley midiendo solo el cambio de energía interna de un sistema entre su estado inicial y su estado final. El cambio en la energía interna ΔE está dado por:

ΔE = Ef - Ei

Donde Ef y Ei representan la energía interna del sistema en estado inicial y el estado final, respectivamente.

En química, generalmente estudiamos los cambios asociados al sistema (como un matraz con reactivos y productos) y no a los alrededores. Por tanto una forma más útil para la primera ley es:

ΔE = q +w

Esta ecuación establece que el cambio en la energía interna ΔE de un sistema es la suma del intercambio de calor q entre el sistema y los alrededores y el trabajo w realizado sobre el sistema.

Trabajo.

Ya hemos visto que el trabajo se define como una fuerza F multiplicada por una longitud d.

W = F x d

En termodinámica, el trabajo tiene un significado mucho más amplio que incluye trabajo mecánico, trabajo eléctrico, trabajo de superficie.

Una manera de ejemplificar el trabajo mecánico se logra mediante el estudio de la expansión o compresión de un gas. Muchos procesos químicos y biológicos implican cambios en volumen de gases. La inhalación y exhalación de aire implica la expansión y contracción de pequeñas bolsas que se conocen como alveolos pulmonares.

Calor.

El otro componente de la energía interna es el calor, q . Igual que el trabajo, el calor no es una función de estado. Es importante observar que sin importar el procedimiento que se utilice, el cambio en energía interna del sistema, ΔE, depende de la suma de (q + w).

En resumen, el calor y el trabajo no son funciones de estado por que no son propiedades de un sistema. Se manifiestan solo durante un proceso (durante un cambio). Así, sus valores dependen de la trayectoria que sigue el proceso y varían de acuerdo a ella.

Procesos y sistemas.

Cualquier cambio en un estado de equilibrio a otro experimentado por un sistema es un proceso, y la serie de estados por los que pasa un sistema durante este proceso es una trayectoria del proceso. Para describir completamente un proceso se deben especificar sus estados inicial y final, así como la trayectoria que sigue y las interacciones con los alrededores.

Los procesos reversibles son los prototipos ideales a los que tienden los procesos reales, o bien, a los que se desearía que tendieran algunos procesos reales.

Los sistemas termodinámicos se pueden clasificar en:

1. Sistema cerrado: el sistema no puede intercambiar materia con sus alrededores y su masa permanece constante.

2. Sistema abierto: puede existir intercambio de materia o de alguna forma de energía con sus alrededores.

3. Sistema aislado: no puede tener ninguna interacción con sus alrededores: la pared resulta impermeable a la materia y a cualquier forma de energía mecánica o no mecánica.

Proceso isotérmico.

Un proceso isotérmico

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