FIQT-UNI Área Académica de Ciencias Básicas QUÍMICA II (QU-118 B) TERMODINÁMICA uff, uff . Trabajo Profesor: Jaime Flores Ramos TERMODINÁMICA Es la ciencia que estudia como una clase de energía puede transformarse en otra y las propiedades de las sustancias involucradas. Química Inorgánica Química Química Orgánica Química Analítica Química Física Termodiná mica Química Física Cinética Química Química Cuántica Electroquí mica no tiempo no molécula Sistema termodinámico (masa de control) Es una parte del universo en el cual ponemos nuestra atención con finalidad de estudio. Alrededores (entorno).- Es todo lo que no es el sistema Límites del sistema (frontera) Es la superficie real o hipotética que separa al sistema de sus alrededores, puede ser rígidos, móviles o elásticos. Clases de sistemas termodinámicos ¿Qué separa el sistema de los alrededores? Parede s 60ºC 50ºC 40ºC 50ºC Pared diatérmica 60ºC 40ºC Pared adiabática 60ºC 40ºC Pared permeable Pared semipermeable Pared impermeable Paredes Sistema Cerrado Propiedad Es una característica de un sistema termodinámico, la cuál puede observarse o medirse de manera directa o indirecta y cuyo único valor para un estado dado no dependen de la forma en que fue adquirida. Observables o medibles directamente Su valor numérico lo obtenemos en un aparato de medición. Ejm.: la presión, el volumen, la temperatura, la masa… Medibles indirectamente Su valor numérico lo obtenemos mediante la matemática. Ejm.: la entalpía, la energía interna, la entropía… PROPIEDAD • Intensivas No dependen de la Extensivas • Dependen de la masa masa del sistema del sistema (extensión) (extensión) • No son aditivas • Son aditivas • Ej:: T, p, ρ,… • Ej.: V, H, G, U,S, … Si el valor de una propiedad extensiva se divide entre la masa del sistema, la propiedad resultante se conoce como propiedad específica (propiedad intensiva). Ejm.: volumen específico, entalpía específica…. En un sistema homogéneo, las propiedades intensivas tienen igual valor en todo el sistema y en cualquier parte de él. Si por el contrario las propiedades no son iguales el sistema es Heterogéneo, el cuál tiene más de una fase. Estado de un sistema La condición o estado de un sistema, queda identificada por el conjunto de valores que tiene las propiedades termodinámicas en ese instante. Un sistema puede pasar por infinitos estados. Funciones de estado P1 V1 T1 H1 S1 P2 V2 Proceso T2 H2 de Cambio S2 estado Variables termodinámicas No dependen de la historia o trayectoria 2 propiedades intensivas independientes son suficientes para determinar el estado termodinámico de una sustancia pura. Ej.: T y P, P y Ve o T y Ve FUNCIONES DE ESTADO • Es una propiedad del sistema. • La magnitud del cambio en cualquier función de estado depende solamente de los estados inicial y final del sistema y no de cómo se logro el cambio (trayectoria). • Ejm.: P, V, T, H, S, G,…. Altura = función de estado no depende de la trayectoria seguida. F= Función de estado • Tienen un valor único para cada estado del sistema. • Su variación solo depende del estado inicial y final y no del camino desarrollado. F Estado final Variación de la Función de estado ΔF Estado inicial TRABAJO, W Es una energía en transito a través de los límites del sistema y es una interacción entre este y sus alrededores. uff, uff W=F x Distancia que se desplaza el objeto Fuerza . X1 Trabajo realizado por el hombre Fuerza aplicada distanci a Unidad: X2 Trabajo=ár ea N.m = joule = J Es imposible realizar un trabajo sin consumir una energía Convenio de signos para el trabajo W>0 Sistema Trabajo realizado sobre el sistema (Compresión del gas) W<0 Trabajo realizado por el sistema (Expansión del gas) TRABAJO (W) P ex P ex t t Fx d x P in P int t P ext = P int Equilibrio mecánico Pext = cte. Pext = cte. Estad o inicial Estad o final P ext > P int P ext = P int Pext = cte W = - P ∆V Trayectorias P P i Pi Vi i Pi f Pf P Vf f Pf V Vi i Pi Vf Pf Vi Vf El trabajo realizado por un sistema depende de los estados inicial y final y de la trayectoria seguida por el sistema entre dichos estados. Calor (Q) Es la energía transferida debido a la diferencia de temperatura. No es una función de estado. Q=+ Endotérmico SISTEMA Q=Exotérmico • El calor y el trabajo no son propiedades de un sistema, por eso no son funciones de estado. • Se manifiestan durante un proceso. Transferencia electrónica TRABAJO SISTE MA BANCO CALOR efectivo cheques El calor y el trabajo • Son formas de variar la energía del sistema • No son funciones de estado • No es “algo” que posea el sistema Criterio de signos W> 0 Q> 0 SISTEMA W< 0 Q< 0 Energía interna, E o U Es la energía total de un sistema, energía cinética energía potencial. Incluyendo la energía de traslación, rotación y vibración de las moléculas. También se considera las interacciones entre las partículas subatómicas. • No es posible conocer la energía interna de un sistema • Sólo conocemos su cambio en un proceso ΔU = U 2-U1 Energía interna (U) (Suma de energías a nivel molecular) ¿Cómo podemos aumentar U de un sistema cerrado? • Función de estado • Magnitud extensiva 1) Realizando un trabajo 2) Calentándolo ⇒ calor PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA (Ley de conservación de la energía) La energía no puede ser creada ni destruida, solamente transformada o cambiada de una forma a otra. W Proceso U1 Q U2 U2 = U1 + Q + W ΔU = Q + W Proceso Cíclico P A→A A B V Es imposible realizar un trabajo sin consumir una energía U ≡ función de estado P A B V Medición de ΔU Sólo necesitamos un proceso a volumen constante ΔU = Q + W Proceso a V = cte V 2 = V1 dV=0 ⇒ ΔU = Q + 0 = Qv Si • • Exotérmico Qv = - Endotérmico Qv = + ΔU < 0 ΔU > 0 Nuevo significado de ΔU = Q V Nos da una forma de determinar ΔU Es una función de estado, para tratar los efectos térmicos de un proceso a presión constante. Es una propiedad extensiva. ENTALPÍA, H H≡U+ PV Entalpía (H) Proceso a P = cte ΔU=U2-U1 Q • • • • Función de estado H ≡ f(T,P,V,U) Propiedad extensiva Unidades de energía (J) 1º ley ΔU=Q+W P=ct e = ΔH P H2 H1 • Nos da una forma de determinar ΔH Qp = Δ H Exotérmico Q p = - ΔH< 0 Endotérmico Q p = + ΔH> 0 CASOS PARTICULARES 1. Para procesos en donde intervienen sólidos y/o líquidos únicamente (Δ PV es muy pequeño) ΔH = Δ U + Δ PV H = U + PV ΔH = Δ U (aprox) 2. Para reacciones en donde se producen o consumen gases Para gas ideal Si T = cte. PV = nRT Δ PV = RTΔn ΔH = Δ U + RTΔn GRACIAS POR LA ATENCIÓN
