Termodinamica Quimica

TERMODINAMICA QUIMICA

La termodinámica estudia las relaciones del calor con otras formas de energía

El estudio de la termodinámica se centra sobre un sistema en estudio separado de su entorno o medio ambiente por fronteras reales o imaginarias.

sistema + medio ambiente = universo

La termodinámica clásica estudia los sistemas en equilibrio cuyas propiedades, funciones o variables termodinámicas no cambian con el tiempo.

Las propiedades que definen un estado termodinámico se denominan funciones de estado. Estas funciones son tales que toman un valor determinado en los distintos estados que puede tomar el sistema. Por ejemplo si la energía de un sistema en un estado 1 es E1 y en el estado 2 es E2, entonces la variación de la propiedad, energía es:

E = E2 - E1

En estos tipos de funciones no interesa el camino ni el tiempo para llegar desde el estado 1 al estado 2.

Todo sistema macroscópico está constituido por moléculas. Las moléculas almacenan energía en forma de; energía de traslación, de vibración, de rotación, de enlace, electrónicas e interacciones moleculares.

La energía interna (E) de un sistema no se puede conocer en términos absolutos, sin embargo es posible determinar la magnitud del cambio (E) entre dos estados.

Definiciones

Antes de entrar en el estudio termodinámico de procesos sencillos es necesario establecer una serie de conceptos y la nomenclatura para el mejor entendimiento de la asignatura.

En primer lugar tendremos que delimitar de forma precisa la parte del Universo objeto de nuestro estudio, distinguiéndose entre:

• Sistema: parte del Universo objeto de estudio.

• Alrededores: porción del Universo que no se va a estudiar, pero que puede interaccionar con el sistema.

• Pared: separación real o imaginaria entre el sistema y los alrededores.

El tipo de pared determina que tipo de interacción se puede producir entre el sistema y los alrededores. Así las paredes pueden ser:

• Móvil o rígida, lo que permitirá o no un cambio de volumen del sistema,

• Permeable, impermeable o semipermeable, lo que permitirá o no el intercambio de materia entre el sistema y los alrededores.

• Adiabática o Diatérmica, que permite o impide, respectivamente, mantener una diferencia de temperatura entre el sistema y los alrededores.

Así, los sistemas termodinámicos que podemos estudiar, se pueden clasificar en:

• Cerrados: son aquellos que pueden intercambiar energía, aunque no materia, con los alrededores.

• Abiertos: aquellos que pueden intercambiar materia y energía.

• Aislados: que no pueden intercambiar ni materia ni energía.

Para describir un sistema termodinámico debemos conocer los valores de una serie de propiedades observables macroscópicamente, llamadas variables, propiedades o funciones termodinámicas, por ejemplo, presión (P), temperatura (T), densidad (ρ), volumen (V), etc. No todas las variables termodinámicas son independientes, ya que una vez definidas algunas de ellas las otras pueden obtenerse en función de estas, mediante una ecuación de estado.

Las variables termodinámicas pueden clasificarse en:

• Extensivas: que dependen de la cantidad de materia, ej. el volumen.

• Intensivas: que son independientes de la cantidad de materia, ej. P, T, densidad.

Así surge otra clasificación para un sistema termodinámico, los sistemas pueden ser a su vez:

• Homogéneos: las propiedades termodinámicas tiene los mismos valores en todos los puntos del sistema. El sistema está constituido por una sola fase.

• Heterogéneos: las propiedades termodinámicas no son las mismas en todos los puntos del sistema. El sistema está constituidos por varias fases, separadas entre sí por una "frontera" llamada interfase.

Cuando el sistema se presenta en fase gaseosa, el sistema es homogéneo, con independencia de el número de compuestos químicos que lo constituyan (ej. el aire). Una sustancia pura, sólo puede presentar una fase líquida, sin embargo pude exhibir varias fases sólidas (ej. carbono como diamante, grafito o fureleno). En el caso sistemas compuestos por más de una sustancia química, la situación es más compleja, ya que los líquidos podrán ser o no miscibles totalmente en determinadas circunstancias de presión y temperatura, dando por tanto lugar a la distinción de una o de varias fases. Y lo mismo se puede decir de los sólidos, en general una aleación constituirá una fase, pero la mezcla de sólidos estará formada por tantas fases como sólidos estén presentes.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La primera ley se puede enunciar en los siguientes términos:

"Si se transfiere calor, Q, desde el entorno o medio ambiente a un sistema, la energía interna, E, aumenta en una cantidad E y al mismo tiempo, parte del calor puede invertirse en realizar un trabajo, W, sobre el medio"

E = Q - W

W < 0 W > 0

Q >0 Q<0

Los cambios se pueden resumir en:

E > 0 si aumenta la energía del sistema

E < 0 si disminuye la energía del sistema

Q

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