FIQT-UNI

QUÍMICA II (QU-118 B)

.uff, uff

Trabajo

TERMODINÁMICA

Área Académica de Ciencias Básicas

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.

QuímicaQuímica Física

Química Inorgánica

Química Orgánica

Química Analítica

Termodinámica

Cinética Química

Química Cuántica

Química Física

Electroquímica

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?

Paredes

60ºC 40ºC

60ºC 40ºC 60ºC 40ºC

Pared adiabática

50ºC 50ºC

Pared diatérmica

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 directamenteSu 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

masa del sistema

(extensión)

• No son aditivas

• Ej:: T, p, ρ,…

Extensivas

•Dependen de la masa

del sistema (extensión)

• Son aditivas

• 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 esHeterogéneo, el cuál tiene más de una fase.

P1 P2V1 V2T1 T2H1 H2S1 S2

Proceso

Cambio de estado

Variables termodinámicas

No dependen de la historia o

trayectoria

Funciones de estado

Estado de un sistemaLa 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.

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.

• Tienen un valor único para cada estado del sistema.

• Su variación solo depende del estado inicial y final y no del camino desarrollado.

F

F= Función de estado

Variación de la Función de estado ΔF

Estado inicial

Estado final

Fue

rza

distanciaX1 X2

2

1

X

XW Fdx

Trabajo=área

N.m = joule = J

Es imposible realizar un trabajo sin consumir una energía

TRABAJO, W

.uff, uff

W=F x

Trabajo realizado por el hombre

Fuerza aplicada

Distancia que se desplaza el objeto

Es una energía en transito a través de los límites del sistema y es una interacción entre este y sus alrededores.

Unidad:

Convenio de signos para el trabajo

Sistema W < 0W > 0

Trabajo realizadosobre el sistema

Trabajo realizadopor el sistema

(Compresión del gas) (Expansión del gas)

2

1

V

extVW P dV

extw P dV

Pext

Pint

Equilibrio mecánico

x extF P A

Pext = PintPext > Pint

Pext

Pint

dx

xw F dx

Pext = Pint

Estado inicial

Estado final

dVdxA

TRABAJO (W)

Fx

Pext = cte.

Pext = cte.

Pext = cte

W = - P ∆V

Trayectorias

Pi

Pf

Vi Vf

i

f

P

V

Pi

Pf

Vi Vf

i

f

P

Pi

Pf

Vi Vf

P

i

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.

SISTEMAQ = + Q = -

Endotérmico Exotérmico

• El calor y el trabajo no son propiedades de un sistema, por eso no son funciones de estado.

• Se manifiestan durante un proceso.

SISTEMA

TRABAJO

CALOR

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

BANCO efectivo

cheques

Transferencia electrónica

Criterio de signos

SISTEMA

Q > 0

W > 0 W < 0

Q < 0

Energía interna, E o UEs 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 U = U2-U1

Energía interna (U)(Suma de energías a nivel molecular)

• Función de estado

• Magnitud extensiva

¿Cómo podemos aumentar Ude un sistema cerrado?

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.

Q

W

U1 U2

Proceso

U2 = U1 + Q + W ΔU = Q + W

P

V

0final inicial A AU U U U U

Proceso Cíclico A→A

W Q

Es imposible realizar un trabajo sin consumir una energía

A

B

P

V

BABAUU

( , , )U f T P V

U función de estado

A

B

Medición de ΔU

Sólo necesitamos un proceso a volumen constante

ΔU = Q + W

Proceso a V = cte V2 = V1 d V = 0

U = Q + 0 = Qv

• Nuevo significado de U = QV

• Nos da una forma de determinar U

2

1

V

extVW P dV

Si Exotérmico Qv = -

Endotérmico Qv = +

ΔU < 0

ΔU > 0

ENTALPÍA, H Es una función de estado, para tratar los efectos térmicos de un proceso a presión constante. Es una propiedad extensiva.

Proceso a P = cte 1º ley U=Q+W

2

1

V

extVU Q W Q P dV

2

1

2 1( )

V

ext VP PQ P dV Q P V V P=cte

2 2 1 1( ) ( )

PQ U PV U PV

H2 H1

= HQP

U=U2-U1

H U + PV Entalpía(H)

• Función de estado H f(T,P,V,U)• Propiedad extensiva• Unidades de energía (J)•

•Nos da una forma de determinar H

[ / ]H

H J moln

Qp = Δ HExotérmico Qp = -

Endotérmico Qp = +

Δ H < 0

Δ H > 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 PV = nRT

Si T = cte. Δ PV = RTΔn

ΔH = Δ U + RTΔn