Termodinamica
Termodinamica
Termodinamica
Abierto; intercambia materia y energía con el entorno. Por ej. Un recipiente con agua
sin tapa que se calienta
Cerrado: intercambia energía, pero no materia. Por ej. Un recipiente con agua y con
tapa que se calienta
Energía térmica es la energía asociada con el movimiento aleatorio de los átomos y las
moléculas. En general se puede calcular a partir de mediciones de temperatura. Hay
que diferenciar energía térmica de temperatura. Por ej.: una taza de café a 70°C y una
bañadera con agua a 40°C, el café tiene más temperatura, pero la bañadera tiene más
energía térmica porque hay más volumen y más masa y en consecuencia más
moléculas de agua, por lo tanto, mayor movimiento molecular.
Cualquier proceso que cede calor (transfiere energía térmica a su entorno) se llama
proceso exotérmico. Si es el entorno el que suministra calor al sistema se llama
proceso endotérmico.
Entalpía
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proceso a presión constante se representa por ∆H. La entalpía de reacción es la
diferencia entre las entalpías de los productos y las entalpías de los reactivos.
∆H = H (productos) – H (reactivos)
Ley de Hess
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b) C (grafito) + O2(g) → CO2 (g) ∆H°R = - 393,5kj
Resolución:
Calorimetría
Calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar un
grado centígrado la temperatura de un gramo de la sustancia.
j/ °C.
Q = m. Ce. ∆ t m = masa
Ce = calor específico
Leyes de la termodinámica
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En termodinámica, a menudo se habla del estado de un sistema, el cual se refiere a los
valores de todas las propiedades macroscópicas pertinentes (composición, energía,
temperatura, presión y volumen). Se dice que la energía, la presión, el volumen y la
temperatura son funciones de estado, propiedades determinadas por el estado en el
que se encuentra un sistema. Una característica de las funciones de estado es que
cuando cambia el estado de un sistema, la magnitud del cambio de cualquier función
sólo depende de los estados inicial y final del sistema y no de cómo se llevó a cabo el
cambio.
∆E = Ef - Ei
En química, sin embargo, el interés normal se ubica en los cambios asociados con el
sistema (que puede ser un matraz que contenga reactivos), no con su entorno. Por lo
tanto:
∆E = q + w
“El cambio de energía interna de un sistema es la suma del intercambio de calor (q)
entre el sistema y sus alrededores y el trabajo (w) realizado por (o sobre) el sistema.
Procesos espontáneos
Parece lógico suponer que los procesos espontáneos ocurren para disminuir la energía
del sistema (por eso las cosas caen y los resortes se desenrollan) en las reacciones
químicas se ha observado que un gran número de ellas son exotérmicas a temperatura
ambiente y también son espontaneas. Por ejemplo, la combustión del metano. Sin
embargo, otros procesos son espontáneos y endotérmicos, como la fusión del hielo a
temperatura ambiente.
Un estado ordenado tiene una probabilidad baja de ocurrir y una entropía pequeña.
Un estado desordenado tiene una probabilidad alta de ocurrir y una entropía grande.
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Es posible determinar la entropía absoluta de una sustancia (a diferencia de la energía
o de la entalpía). Las entropías estándar (S°) de los elementos y las sustancias son
positivas.
aA + bB → cC + dD
Para los procesos a presión constante el cambio de calor es igual al cambio de entalpía
del sistema. El cambio de entropía del entorno es proporcional a -∆H (sistema), porque
si el proceso es exotérmico el ∆H (sistema)<0 y la entropía del entorno es>0. Por lo
tanto, la variación de entropía del entorno es:
Para determinar si un proceso será espontaneo se debe analizar la entropía del universo,
o sea del sistema y del entorno. Aparece una nueva función termodinámica que
asegura la espontaneidad de una reacción sólo en función del sistema, es la energía
libre de Gibbs
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∆G = ∆H – T.∆S
Si ∆G = 0 sistema en equilibrio
aA + bB → cC + dD
T: temperatura en Kelvin
∆H ∆S ∆G