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FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUIMICAS

FISICOQUIMICA
Semana 05

TERMODINAMICA – PRINCIPIO CERO

Docente: Mg. Lic.Ing. Victor Luna Botello


TEMAS

Conceptos en la termodinámica.
- Sistema.
- Estado.
- Procesos cerrados, abiertos, aislados
- Principio cero de la termodinámica
- EJERCICIOS
- Practica Nº 4: principio cero de la termodinámica
- I PRACTICA CALIFICADA
- I Seminario: Fundamentos fisicoquímicos de la
generación de los diversos tipos de incendios en las
industrias petroleras, mineras. Respuesta de
emergencias. Entrega parcial.
Las reacciones químicas implican cambios de energía.

La combustión de la La separación del agua en


gasolina libera energía hidrógeno y oxígeno, requiere
energía

El estudio de la energía y sus transformaciones se conoce como

TERMO DINÁMICA
Therme Dynamis
“calor” “Potencia”
La termodinámica es la rama de la
Termodinámica FISICOQUIMICA que estudia los niveles
de energía, la transformación entre sus
distintas manifestaciones, ósea la
transferencia de energía entre sistemas y
entre los estados de la materia desde un
punto de vista macroscópico.

Así como el calor, y su capacidad para


producir un trabajo.
Se aplica al estudio de reacciones químicas
y cambios de estado de la materia que
involucran cambios de energía.
Ejemplo:
La Tierra es un sistema dinámico, donde sus
componentes son transportados y cambian de
forma y composición mediante una serie de
procesos como: fusión, disolución,
vaporización, cristalización, precipitación.
-Los procesos bioquímicos de alimentación.
-Los procesos de mineralización.
meteorización- levantamiento geológico – derretimiento- entierro –
litificación: compactación y cementación
La Termodinámica estudia los intercambios de energía que
se producen en los procesos físico-químicos.

permite estimar la
reactividad química,
Uno de los aspectos más
(CONSTANTE DE EQUILIBRIO DE
importantes de la química es
UNA REACCIÓN),
la producción y el flujo de la
a partir de las propiedades
de los reactivos y energía
productos de reacción.
Comemos Para mantener nuestras funciones
alimentos biológicas

Para producir energía eléctrica

Quemamos Para calentar nuestras casas


combustibles
Para generar potencia en
aviones, trenes, automóviles.

Usamos cubitos Para enfriar bebidas


de hielo

Usamos calor Para convertir masa cruda en


pan horneado
• Equilibrio, reversible
• Temperatura
• Energía interna
• Calor
• Variable de estado o termodinámica
• Ecuación de estado
• Sistema
-Un sistema puede ser cualquier objeto, masa, región del
espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo
(mentalmente) de todo lo demás, que pasa a ser el entorno
del sistema.
-Frontera del sistema.- es la envoltura imaginaria que
encierra un sistema y lo separa del entorno.
-El sistema y su entorno forman el universo.

Tiene propiedades especiales que sirven para:


a) aislar el sistema de su entorno o
b) Para permitir la interacción de un modo específico entre
el sistema y su ambiente.
Si la frontera permite la interacción entre el sistema y su entorno, tal
interacción se realiza a través de los canales existentes en la frontera.

Los canales pueden ser inespecíficos para interacciones fundamentales


tales como el calor o la interacción mecánica o eléctrica, o muy
específicos para interacciones de transporte.
Llamamos sistema, o medio interior, la porción
del espacio limitado por una superficie real o
ficticia, donde se sitúa la materia estudiada.
El resto del universo es el medio exterior.
TIPOS DE SISTEMAS

-Sistema aislado es aquel que no puede intercambiar materia ni energía


con su entorno.
-Sistema cerrado es aquel que sólo puede intercambiar energía con su
entorno, pero no materia.
-Sistema abierto es aquel que puede intercambiar materia y energía
con su entorno.
Ejemplos sistema aislado, el sistema eléctrico aislado es aquel
que opera fuera de una red de suministro establecida, operando
remotamente gracias a fuentes autónomas de alimentación, como
paneles solares, turbinas eólicas o fuentes geotérmicas.

Los trajes de neopreno. ...


Los termos. ...
La ropa de los esquimales. ...
Una bombona de gas. ...
Los alimentos enlatados. ...
Una caja fuerte.
Ejemplos de sistemas cerrados

•     Un globo inflado.


•     Una olla a presión.
•     Una ciudad en la que las personas no pueden salir ni entrar.
•     Una batería de un auto.
•     El motor de una heladera.
Los sistemas semicerrados, son aquellos que intercambian materia o
energía con el exterior, pero no lo hacen en forma directa como los
sistemas abiertos sino que a través de una membrana semipermeable.

En rigor, no existen demasiados ejemplos de esto pero sí uno que lo


sintetiza perfectamente: la célula es un sistema semicerrado que cuenta
con una membrana semiplasmática, que deja pasar en forma selectiva las
sustancias que le son funcionales a la célula.
Ejemplos de sistemas abiertos.-
Los sistemas abiertos, son los que tienen una relación
permanente con su medio ambiente intercambiando materia,
energía e información.

    Un bosque.
•     Una pecera.
•     Un río.
•     Una ciudad.
•     Un animal.
•     Una bacteria.
Sistema termodinámico

Un sistema termodinámico es un sistema macroscópico


cuyas características microscópicas (la posición y la
velocidad de las partículas en cada instante) sólo son
accesibles con sus características estadísticas.

El Estado de un sistema.- representa la totalidad de las


propiedades macroscópicas asociadas con él.

Cualquier sistema que muestre un conjunto de variables


identificables tiene un estado termodinámico, ya sea que
esté o no en equilibrio (presión, temperatura,…)
Sistema adiabático
Categoría especial de los sistemas aislados en el cual no hay intercambio
de calor con el entorno, pero se puede transferir energía a través de las
fronteras del sistema en forma de trabajo.
Un proceso adiabático es por definición el que tiene lugar sin intercamb
de calor entre el sistema y los alrededores. El sistema no pierde ni gana
calor.
Una pluma del manto o un cuerpo de magma que asciende y se
descomprime, se enfría mientras que se expande hacia el entorno y realiz
un trabajo expansivo.
FASE
Cuerpo homogéneo de materia (sólido, líquido o gas) con fronteras definidas hacia otras
fases, y que puede ser separado mecánicamente de las otras fases.
Un sistema puede estar compuesto por una fase (sistema homogéneo) o por dos o más
fases (sistema heterogéneo).
P. ej. todos los cristales de olivino en una roca constituyen la fase olivino; una solución de sal
o una mezcla de gases constituyen una sola fase.

COMPONENTES
Describen la composición química de un sistema.
Se define como el conjunto menor de fórmulas químicas
necesarias para describir la composición de todas las fases
de un sistema.
Fase:
Olivino: Solución sólida de (Mg, Fe)2SiO4
Componentes:
Mg2+ MgO Mg2SiO4 (Fo)
Fe2+ FeO Fe2SiO4 (Fa)
Si4+ SiO2
O2-
Estado de un sistema y sus transformaciones

La palabra estado representa la totalidad de las


propiedades macroscópicas asociadas con un sistema...
Cualquier sistema que muestre un conjunto de variables
identificables tiene un estado termodinámico.
VARIABLES o PROPIEDADES DE ESTADO

Los sistemas en equilibrio tienen propiedades mensurables


Una propiedad es cualquier cantidad que tiene un valor fijo e invariable en un sistema
en equilibrio. (p. ej., temperatura, densidad, volumen). Estas variables caracterizan a los
estados termodinámicos y dependen sólo del estado presente del sistema y no de la
forma en que se alcanzó ese estado.

Propiedades extensivas
Son proporcionales a la cantidad de materia considerada y por lo tanto dependen del
tamaño del sistema. Estas propiedades son aditivas; el valor del todo es igual a la suma
de las partes. P. ej. volumen, masa, energía.

Propiedades intensivas
Son independientes de la cantidad de materia (del tamaño del sistema). No son aditivas.
P. ej., concentración, temperatura, presión. Incluye propiedades molares, como el
volumen molar.
transformación: estado inicial y estado final,
transformación infinitesimal

Se dice que ocurre una transformación en un sistema si,


como mínimo, cambia de valor una variable de estado dentro
del mismo a lo largo del tiempo.

Si el estado inicial es distinto del estado final, la transformación es abierta.

Si los estados inicial y final son iguales, la transformación es cerrada.

Si el estado final es muy próximo al estado inicial, la transformación es


infinitesimal.

El interés de la termodinámica se centra en los estados


inicial y final de las transformaciones, independientemente
del camino seguido.
Transformaciones reversibles e irreversibles

Una transformación es reversible si se realiza mediante una sucesión


de estados de equilibrio del sistema con su entorno y es posible
devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo camino.
Reversibilidad y equilibrio son equivalentes.

Si una transformación no cumple estas condiciones se llama


irreversible.
Reversibilidad

Un proceso es reversible si su dirección puede invertirse en cualquier


punto mediante un cambio pequeño en las condiciones externas.
Para los procesos reversibles es posible basar los cálculos en las
propiedades del sistema (con independencia de los del entorno).

Noción de deposito
Se llama depósito un sistema cuyas variables intensivas no varían ni
en el espacio ni en el tiempo, sean cuales sean los intercambios
efectuados entre el sistema y el entorno.
Un depósito, es una fase que permanece indefinidamente idéntica a si
misma. Ello implica que: 1) para todas las cantidades extensivas
susceptibles de ser intercambiadas, puede considerarse que el sistema
tiene una capacidad ilimitada. 2) que los intercambios se producen
lentamente de forma que no se producen gradientes dentro del sistema de
sus variables intensivas. 3) que no se producen reacciones químicas
dentro del sistema.
 
Equilibrio termodinámico
Las propiedades termodinámicas de un sistema vienen dadas por los
atributos físicos macroscópicos observables del sistema, mediante la
observación directa o mediante algún instrumento de medida.

Un sistema está en equilibrio termodinámico cuando no se observa


ningún cambio en sus propiedades termodinámicas a lo largo del tiempo.
Los estados de equilibrio son, por definición, estados independientes del
tiempo.
El estado de equilibrio termodinámico, se caracteriza por la anulación
por compensación de flujos de intercambio y la homogeneidad espacial
de los parámetros que caracterizan el sistema que ya no dependen del
tiempo. Por ejemplo una lava emplazada en la superficie, no está en
equilibrio con el aire que la rodea, y se enfriará.

Un estado de no equilibrio es un estado con intercambios netos de


masa o energía y sus parámetros característicos dependen en general
de la posición y del tiempo.
ENERGÍA

 Definiciones:
 Capacidad para producir trabajo.

 Puede adoptar distintas formas convertibles directa o


indirectamente unas en otras: Radiación electromagnética,
Energía Potencial, Energía Eléctrica, Energía Química (de
enlace), Energía Cinética, Calor.

- Cantidad absoluta: Energía, J, cal, kcal,


Magnitudes kJ
y - Caudal: Energía/tiempo, J/s (W)
Unidades - Flujo: Energía/(tiempo.superficies), W/m2
- Específica: Energía/masa, J/kg
METODOS DE TRANSFERENCIA
DE CALOR
 Las transferencias de calor pueden ser por conducción radiación y convección.
CONDUCCION:
Esta energía aparece en solidos líquidos y gases. Podemos pensar en la
conducción como la transferencia de energía desde las partículas energéticas de
una sustancia a otra partículas adyacentes.
RADIACION:
La radiación térmica es emitida por la materia como resultado de cambios en las
configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas en su interior.
CONVECCION:
es la transferencia de energía entre una superficie solida a una temperatura (ts) y
un gas o liquido adyacente a un movimiento con otra temperatura (tf).
FORMAS DE LA ENERGÍA

 Trabajo mecánico (W): Producto del desplazamiento (x) por la


componente de la fuerza que actua en la dirección del
desplazamiento (Fx).

 Energía Potencial (Ep): Capacidad de producir trabajo que posee


un sistema en virtud de su posición respecto a un plano de
referencia.

 Energía Cinética (Ec): Capacidad de producir trabajo que posee


un cuerpo en función de su movimiento.

 Calor (Q): Energía en transito de un cuerpo que se haya a una


temperatura hacia otro que está a menor temperatura con el fin
de igualar ambas.
En general la energía total, ET , de un sistema puede
descomponerse en energía de masa, Em, energía cinética, Ek, energía
potencial, Ep, y energía interna, U, es decir,

ET = Em + Ek + Ep + U
FORMAS DE LA ENERGÍA

 Energía Interna (U): Variable termodinámica (Función de


estado) indicativa del estado energético de las moléculas
constitutivas de la materia. Su valor se fija respecto a una
referencia. Está relacionada con otras variables
termodinámicas como Energía Libre (G), Entropía (S),
Entalpía (H).

 Energía Electromagnética: Asociada con la frecuencia de


onda. E=hν. Cuando interacciona con la materia toda o parte
de esta energía puede ser absorbida. Normalmente su
absorción se expresa como un aumento de temperatura.

 Energía Nuclear (Ec): Transformación de masa en energía de


acuerdo a E=mc2. Desintegraciones nucleares.
Concepto de energía interna
La energía interna es la energía asociada a los
componentes microscópicos de un sistema (átomos y
moléculas) cuando se observan desde un sistema de
referencia que está en reposo con respecto al sistema.

Incluye las energías cinéticas y potencial asociada a los


movimientos aleatorios de traslación, de rotación, y
vibración de los átomos o moléculas que forman el
sistema, así como la energía potencial intermolecular

Energía interna ( U ): Asociada a la composición química de


la materia, a su estado energético (temperatura, volumen y
presión) y a su estado de agregación (estado físico).
Energía interna (U)

La energía interna de un sistema, U, tiene la forma de


energía cinética y potencial de las moléculas, átomos y
partículas subatómicas que constituyen el sistema, es decir,
U = Ec int + Ep int
donde la energía cinética interna es la suma de la energía
cinética de todas las partículas del sistema.

y la energía potencial interna es la suma de la energía


potencial debida a la interacción de todas las partículas
entre si.
 
La energía de un sistema en cualquier otro estado, relativa a la energía
del sistema, se llama la energía termodinámica del sistema y símbolo
U.
Concepto de calor (Q)

El calor, Q, es un mecanismo por el que la energía se


transfiere entre un sistema y su entorno como
consecuencia de una diferencia de temperatura entre
ellos. También es la cantidad de energía transferida a
través de ese mecanismo

No tiene sentido utilizar el término calor a menos que haya


habido una transferencia de energía como consecuencia
de una diferencia de temperatura
Unidades de calor (Q)

El calor es una medida de transferencia de energía


y, por lo tanto, su unidad en el SI es el Julio

El caloría (cal) es el calor necesario para elevar la


temperatura de un gramo de agua de 14.5 °C a 15.5 °C

Esta definición de caloría se la conoce como


equivalente mecánico del calor
Definición de calor específico
La cantidad de energía necesaria para elevar un grado la temperatura
de un kilogramo de una sustancia cualquiera

Supongamos que se transfiere una cantidad de energía Q a una masa


de una determinada sustancia, cambiando como consecuencia su
temperatura en

Las unidades del calor específico son en el SI (J/kg°C)

Q
C
T

 C   Joule Kg -1 
K -1
 C   Erg g -1 
K -1
Definición de calor específico:
criterio de signos

Cuando la temperatura aumenta, se


consideran positivos, lo que corresponde a una
energía que entra en el sistema

Cuando la temperatura disminuye, se


consideran negativos, lo que corresponde a una
energía que sale del sistema
Valores de calor específico
para diferentes sustancias

En general, las medidas hechas en condiciones de presión constante


son diferentes a las medidas realizadas en condiciones de volumen
constante.
Ejemplo.- ¿Cuánto calor se emite cuándo una barra de hierro de
869 g se enfría de 94°C a 5°C?
Ce de Fe = 0.444 J/g • 0C

Δt = tfinal – tinicial = 50C – 940C = -890C

q = mCeΔt = 869 g x 0.444 J/g • 0C x –890C = -34339,4 J


Calorimetría

 Este proceso de medir el flujo de calor se


llama calorimetría
 Un contenedor de volumen constante diseñado
para medir el flujo de calor es una bomba
calorimétrica
 Típicamente, la sustancia se quema en el
calorímetro y se mide el incremento de
temperatura (dV es constante, pero P cambia en
la bomba)
 En una bomba calorimétrica, DT a qv
Capacidad calorífica
 La capacidad calorífica molar, CVm, es una propiedad intensiva (J/K mol)

 La variación de CV con T es generalmente pequeña cerca de la temperatura

ambiente y puede considerarse constante.

 Si V es constante, dw es cero, ya que no puede hacerse trabajo PV

 qv es el flujo de calor a V constante

 Esto es: dU = qV= CV dT ≈ CV DT

 Ya que qV ≈ CV DT, para una cantidad de calor dada, mientras más grande sea

CV, menor será DT


Intercambios de calor

Se define la CAPACIDAD CALORÍFICA de una


sustancia como la cantidad de calor a aportar
para elevar en un grado Kelvin la temperatura
de un mol de dicha sustancia.

UTILIZAREMOS LA CAPACIDAD CALORÍFICA PARA PROCESOS QUE


OCURREN A PRESIÓN CONSTANTE, Cp.

Sus unidades en el Sistema Internacional de unidades (SI)


son J/( mol K).
Para la medida de los calores de reacción
se utilizan los calorímetros
En el caso de las
reacciones de combustión
se utiliza una bomba
calorímetrica.
consta de un recipiente de acero
que se puede cerrar
herméticamente, sumergido en
una masa de agua ma que está
aislada del exterior (por ejemplo
mediante una pared de aire) para
evitar pérdidas de calor. La masa
del recipiente de acero la
denominaremos masa del
calorímetro (mc).
si la reacción química libera calor éste será absorbido en su
totalidad por el agua y el calorímetro,
aumentando su temperatura desde un valor inicial T1 a un
valor final T2.

Si conocemos los calores específicos del agua (Ca) y del acero del
calorímetro (Cc) podremos calcular el calor intercambiado por la reacción.

sistema: el conjunto de agua


y calorímetro

aumentarán su
temperatura ya que
absorben calor, siendo
dicho calor positivo
Entonces se cumple:

Q liberado por la reacción = - Q absorbido por el agua y


calorímetro

Qreacción = - (ma Ca + mc Cc) (T2 – T1)

En ocasiones para simplificar, el producto mc Cc se expresa como la


constante del calorímetro (kc), cuyas unidades son J/ºK quedando la
expresión como:

Qreacción = - (ma Ca + kc) (T2 – T1)

LAS REACCIONES QUE OCURREN EN LA BOMBA CALORIMÉTRICA SE


PRODUCEN A VOLUMEN CONSTANTE

(no hay expansión de gases)


Ejemplo.- Calcula el cambio en la energía de 1.0 kg de Ar
cuando se calienta de 25oC a 100oC a volumen constante

 Tablas: Cv = 12.59 J/K


 dV = 0

f f f

 dU   C
i i
Vm dT n  Cv dT
i

U  nCVm T f  Ti 
1.0 x103
n
39.948
 1.0 x103 
U   12.59  75  23.64 x103 J
 39.948 
Calcula el calor requerido para calentar 1.0 kg de Ar
de 25oC a 100oC a presión constante (1atm). Supón
gas ideal

q= m*c.e.*ΔT = 1*310 J/(K·kg)*(75+273 k)=

Q= 107,88*103 kJ
Calor y trabajo
Son formas de energía en tránsito, entre el sistema y sus alrededores.

* Trabajo (W), energía en tránsito debido a la acción de una


fuerza mecánica.

* Calor ( Q ): tránsito resultado de la diferencia de


temperaturas entre el sistema y sus alrededores.

En un sistema cerrado su balance neto es 0, en un sistema


abierto, su balance neto afecta a la energía interna del sistema
según el balance global sea positivo o negativo.
El convenio de signos para los intercambios de energía, en forma de
calor y trabajo, entre sistema y medio ambiente es el siguiente:

Tanto el calor que se Tanto el calor perdido por el


agrega al sistema como el sistema como el trabajo
trabajo que se efectúa efectuado por el sistema
sobre el sistema
sobre su entorno SON

SON POSITIVOS NEGATIVOS


Las propiedades termodinámicas de un sistema dependen de
las condiciones particulares del mismo.

Ejemplo: para una muestra de gas dependen de la presión.

Por ello se definen unas condiciones estándar, que


permiten establecer unos estados de referencia.
Dichas condiciones estándar, son las siguientes:
 Para gases puros o en una mezcla de gases, la presión
parcial de 105 Pa, suponiendo comportamiento ideal. El
valor de 105 Pa es ligeramente menor que 1 atmósfera.
 Para sustancias disueltas la concentración 1 molal
aproximadamente igual a 1 molar), suponiendo
comportamiento ideal.
Para sólidos y líquidos puros su forma más estable bajo la
presión de 1 atmósfera.

Las condiciones estándar pueden darse para cualquier


temperatura.
No obstante las tablas de propiedades termodinámicas en
condiciones estándar suelen recoger datos correspondientes a
25ºC.
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, siglas en
inglés) publicó en su página web un glosario revisado en el 2000, en la
cual se definen los términos “Condiciones Normales” (Normal Conditions),
“Estándar” (Standard) y “Condiciones Estándares para los gases”
(Standard Conditions for Gases).

Estándar: Es un valor exacto o un concepto establecido por autoridad o


por acuerdo, que sirve como modelo o regla en la medición de una
cantidad o en el establecimiento de una práctica o procedimiento, en el
análisis de la contaminación del aire, o el uso de los gases, líquidos y
sólidos de referencia estándar para calibrar equipos.

Condiciones Estándares para Gases: A veces se indica con la


abreviación STP. Temperatura: 273,15 K (0ºC). Presión: 105 pascales. La
IUPAC recomienda descontinuar el uso inicial de la presión de 1 atm
(equivalente a 1,01325 x 105 Pa) como presión estándar.
Condiciones Normales: Es un término cualitativo que depende de la
preferencia del investigador; a menudo implica la presión del ambiente y la
temperatura del lugar. Es preferible que estas variables de temperatura y
presión sean fijadas como valores representativos de las condiciones
actuales (o rango de condiciones) empleadas en el estudio.

CONCLUSIÓN
Para fines prácticos no hay una diferencia significativa entre
1,01325x105Pa y 105 Pa. Podemos seguir empleando la presión de 1 atm
para cálculos que no requieran un rigor científico.
De acuerdo a las definiciones anteriores, podemos resumir lo siguiente:
Condiciones Estándares: 1 atm y 0ºC.
Condiciones Normales: Presión y Temperatura del lugar. Depende de
las condiciones a las cuales se esté haciendo el experimento, estudio o
medición; comúnmente para la presión es 1 atm, y la temperatura: 15ºC,
20ºC, 25ºC ó 27ºC.
Temperatura: nociones intuitivas y cualitativas

Asociamos el concepto de temperatura como “calientes” o


“fríos” están los objetos cuando los tocamos
Nuestro sentido del tacto nos proporciona una indicación
cualitativa de la temperatura…
… aunque poco fiable. La piel es sensible al ritmo de
transferencia de energía (potencia) mas que a la
temperatura del objeto.
Temperatura: concepto de contacto térmico y
equilibrio térmico
Al poner en contacto dos objetos con temperaturas iniciales diferentes
acaban alcanzando una temperatura intermedia común

Si los objetos están a temperatura diferente, intercambiarán


energía entre sí (por ejemplo en forma de calor o de
radiación electromagnética)
Dos objetos que pueden intercambiar energía entre sí
debido a la diferencia de temperatura de este modo se dicen
que están en contacto térmico
En algún momento, la temperatura de los dos objetos será
la misma (uno se calentará y el otro se enfriará) llegando al
equilibrio térmico
Temperatura: definición
Consideremos dos objetos A y B que no están en contacto
térmico, y un tercer objeto C que será nuestro termómetro
(un instrumento calibrado para medir la temperatura de un
objeto)
Queremos determinar si A y B estarían en equilibrio térmico si se pusieran en
contacto térmico

Si las dos lecturas


proporcionadas por el
termómetro son iguales,
En primer lugar ponemos Luego, ponemos el entonces A y B se
el termómetro en termómetro en contacto encuentran en equilibrio
térmico. Si A y B se ponen
contacto térmico con A y térmico con B y
en contacto térmico, no
anotamos el valor anotamos el valor habrá transferencia de
medido medido energía neta entre ellos
El cero absoluto de temperaturas

En todos los casos, independientemente del tipo de gas utilizado o del


valor de la presión inicial, la presión es cero cuando la temperatura es de
-273,15 °C

Dado que la presión más baja posible es cero (vacío perfecto)


esta temperatura debe representar un límite inferior para los
procesos físicos.

Definimos esta temperatura como el cero absoluto de


temperaturas
Termómetros
Los termómetros son instrumentos utilizados para medir la temperatura
de un objeto o de un sistema con el cuál se encuentran en equilibrio
térmico
Todos los termómetros hacen uso de alguna propiedad física
(propiedad termométrica) que refleja una variación con la temperatura,
la cual puede ser calibrada para medir la temperatura
El volumen de un líquido
La longitud de un sólido
La presión de un gas a volumen constante
El volumen de un gas a presión constante
La resistencia eléctrica de un conductor
El color de un objeto caliente
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

Si dos objetos A y B, considerados por separado, están en equilibrio


térmico con un tercer objeto C, entonces A y B estarán en equilibrio
térmico entre sí

Podemos definir la temperatura como la propiedad


que determina si un objeto está en equilibrio térmico
con otros objetos

Dos objetos están en equilibrio térmico si están a la misma temperatura


0. Si dos sistemas termodinámicos están en equilibrio con
un tercero, están también en equilibrio entre si
1. El incremento en la energía de un sistema es igual a la
cantidad de energía añadida calentando el sistema,
menos la cantidad perdida por hacer trabajo sobre los
alrededores
2. No hay ningún proceso que, operando en un ciclo,
produzca como único efecto la sustracción de una
cantidad positiva de calor de un reservorio y la
producción de una cantidad igual de trabajo
-Todos los procesos se detienen cuando la
temperatura termodinámica se acerca al cero
-Conforme la temperatura se acerca a cero, la
entropía del sistema se aproxima a una constante
-La entropía de un sistema se anula en el
 U 
estado para el cual    0 que es
 S V , N
el de mínima energía cinética interna, T  0 K
- No se puede alcanzar el cero absoluto
Durante los cambios de fase,
(vaporización, fusión, etc.), se
intercambia calor sin variación de
temperatura.

Estos intercambios se
cuantifican a partir de los
calores latentes de cambio
de estado.
PROCESOS

Son aquellos que afectan a un sistema termodinámico al cambiar de un estado a otro


(p. ej. una reacción química). La trayectoria seguida en el cambio entre estados no es
materia de la termodinámica, sino de la cinética.

Se reconocen dos tipos extremos e ideales de proceso termodinámico:

Proceso termodinámico irreversible


Cambio de un estado metaestable a un estado más estable de menor energía.
Ejemplo: Conversión de vidrio metaestable a cristales bajo condiciones atmosféricas
(devitrificación). La devitrificación ocurre espontáneamente en la dirección de menor
energía.

Proceso termodinámico reversible


Cambio de un estado inicial estable a un estado final también estable, pasando por
una secuencia continua de estados de equilibrio. En la naturaleza no existen procesos
perfectamente reversibles, se emplean sólo como modelos termodinámicos.
W>0 W<0
SISTEMA
ΔU= Q + W Q>0 Q<0

 Proceso cíclico ΔU = 0  W = Q
 Proceso no es cíclico ΔU ≠ 0
 Proceso a volumen constante ΔU = Q
 Proceso aislado ΔU = W
 Si el sistema realiza trabajo U disminuye
 Si se realiza trabajo sobre el sistema U aumenta.
 Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico
con un foco a temperatura superior, U aumenta
 Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto térmico con
un foco a una temperatura inferior, U disminuye.
• Proceso isobárico: Ocurre a presión constante

• Proceso isocórico: Ocurre a volumen constante

• Proceso isotérmico: Ocurre a temperatura


constante
• Proceso isentrópico: Ocurre a entropía constante

• Proceso adiabático: Ocurre sin intercambio de calor

• Proceso isentálpico: Ocurre a entalpía constante


Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica:
proceso adiabático
En un proceso adiabático ninguna energía entra o sale
del sistema en forma de calor ( )
Ejemplo 1: caso en el que todas las superficies del
émbolo son aislantes perfectos

Ejemplo 2: procesos muy rápidos (la


transmisión de energía en forma de
calor es un proceso lento)

Cuando se comprime un gas adiabáticamente, tanto como


son positivos (se realiza un trabajo sobre el gas, es decir, se
transfiere energía hacia el sistema de modo que su energía interna
aumenta.
Cuando se expande un gas adiabáticamente, es negativa
TRANSFORMACIONES
La energía interna U del sistema depende únicamente del estado del
sistema, en un gas ideal depende solamente de su temperatura.

La transferencia de calor o el trabajo mecánico dependen del tipo de


transformación o camino seguido para ir del estado inicial al final.
(1….2)
PROCESO ISÓCORICO - No hay variación de volumen del gas:
- V = 0
- W= P(Δ V) =0
- Q=nCV(TB-TA)

Donde CV, .. es el calor específico a volumen


constante
- ΔU = Q + W = Q - PΔV

- ΔU = Q
PROCESO ISÓBARICO

- No hay variación en la
presión del gas:
- PRESION CONSTANTE = K

- W=p(VB-VA)
- Q=ncP(TB-TA)
- Donde Cp es el calor
específico a presión constante
-ΔU = Q + W = Q - PΔV
- No hay variación en la
PROCESO ISOTÉRMICO temperatura del gas:
p TEMPERATURA CTE.
- ΔT = 0
- ΔU = ΔQ - ΔW
- Si ΔU = 0 (proceso isotérmico)
Entonces 0 = ΔQ - ΔW
Por lo tanto, ΔQ = ΔW
V

Para un gas ideal, la energía interna


es independiente del volumen, sólo depende de la
temperatura.
En consecuencia para cualquier proceso isotermo en un
gas ideal
U = 0
Procesos Específicos y la Primera Ley
Termodinamica
Consecuencia de
Proceso Definición
la 1ra Ley

Adiabático Q=0 U = W

Isocórico W=0 U = Q

Cíclico U = 0 Q=W
Los métodos de termodinámica química se emplean para:
 Predecir la manera en que los sistemas de formación de rocas responden a cambios
en presión, temperatura y composición química.
 Interpretar la P, T y composición química de formación de sistemas antiguos a partir
de la composición química de rocas, minerales, vidrio, etc.

Podemos emplear la termo-dinámica para predecir:


 A que temperatura fundirá una roca y cual será la
composición del líquido generado.
 La secuencia de minerales que cristalizará para
formar una roca ígnea a partir de un líquido.
 Los minerales nuevos que se formarán cuando en
esa roca ocurran procesos metamórficos.
 Los minerales y la composición de las soluciones
que se forman cuando una roca se intemperiza

La termodinámica solamente es útil cuando se aplica a sistemas en equilibrio.


Si un sistema en equilibrio es perturbado, la termodinámica puede predecir el nuevo
estado de equilibrio, pero no puede predecir como, que tan rápido o si se alcanzará
ese estado de equilibrio.

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