Química Aplicada Ice P3

PRACTICA 3 “TERMODINAMICA”

INTRODUCCION TEORICA

Termodinámica

En todo proceso, tanto físico como químico, están implicadas ciertas energías de distintos tipos (energía potencial, energía cinética, energía eléctrica…). La ciencia que estudia los cambios energéticos en sus distintas manifestaciones, en cualquier tipo de proceso, recibe el nombre de termodinámica. Si dicha ciencia se aplica al estudio de los cambios químicos, entonces, como hemos comentado previamente, la llamaremos termoquímica o termodinámica química. Aunque en ocasiones no se consideran términos equivalentes, en este curso no haremos distinción entre ellos.

Este estudio energético de los cambios químicos es fundamental para tener una visión completa de las reacciones químicas, ya que estas obedecen a dos leyes fundamentales:

La Ley de Conservación de la Masa (Ley de Lavoisier). Durante una reacción química no se crea ni se destruye materia, la masa de reactivos inicial es igual a la masa final de productos.

La Ley de Conservación de la Energía, que constituye el Primer Principio de la Termodinámica en su formulación más simple, que es que “la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. En un apartado posterior tratamos en profundidad este Primer Principio.

La segunda ley, relativa a la energía, es también importante dado que todo proceso químico lleva siempre asociadas variaciones energéticas entre reactivos y productos. La energía de estos cambios puede ser de distintos tipos: energía luminosa, energía eléctrica, trabajo mecánico… aunque lo más habitual es que se manifieste como un flujo de calor entre el sistema reaccionante y el entorno.

Definición de sistema termodinámico y de entorno

Vemos que han surgido dos conceptos, el de sistema y entorno, que surgen de la necesidad de delimitar el objeto de estudio para poder estudiar los cambios de energía asociados a una reacción química. El sistema es la parte del Universo que se aísla del resto para observarlo, en nuestro caso, por ejemplo, un recipiente en el que tiene lugar una reacción química, o un proceso físico relacionado con una sustancia, como una disolución, una fusión, una vaporización. El entorno es todo lo que rodea al sistema, pudiendo estar relacionado con el mismo o no estarlo.

La separación entre el sistema y el entorno puede ser real o imaginaria. Por ejemplo, puede ser física, como las paredes de un tubo de ensayo, de un Erlenmeyer o de un vaso de precipitados, o una delimitación imaginaria establecida de un modo arbitrario.

Tipos de sistemas termodinámicos

Los sistemas termodinámicos se clasifican en sistemas abiertos, cerrados o aislados según su capacidad para intercambiar materia y energía con el entorno. Así:

Sistema abierto: puede intercambiar con el entorno tanto materia como energía, generalmente en forma de calor. Por ejemplo, la combustión de madera al aire libre, o una reacción química en un vaso de laboratorio abierto, que permite tanto el paso de calor a través de las paredes del recipiente (se dice que el recipiente tiene paredes diatérmicas) como desprendimiento de gases.

Sistema cerrado: puede intercambiar energía con el entorno, pero no materia. Por ejemplo, un recipiente cerrado de vidrio en el que se lleva a cabo una reacción química que desprende calor. Los gases formados no pueden abandonar dicho recipiente porque está cerrado con un tapón, pero el calor sí que puede desprenderse porque las paredes de vidrio son diatérmicas. Si tocamos el recipiente con las manos, lo notaremos caliente.

Sistema asilado: no es posible el intercambio ni de materia ni de energía. Por ejemplo, lo que se conoce coloquialmente como un termo, que técnicamente es un vaso Dewar y que se usa para llevar infusiones o café y que se mantengan calientes más tiempo, es en teoría un sistema aislado, que no permite ni el paso de materia ni de energía.

En la Figura 1 Observaremos un ejemplo de Sistema Aislado.

Figura 1. Ejemplo

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