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Termodinámica
Ciencia macroscópica que estudia las relaciones entre las
propiedades de un sistema en equilibrio y el cambios del valor de
éstas en los diferentes cambios en equilibrio.
Palabras griegas: calor y potencia: Ciencia que estudia el calor, el
trabajo, la energía y los cambios que ellos producen en los estados
del sistema.
ALREDEDORES
PARED O LIMITE
SISTEMA
UNIVERSO = SISTEMA + ALREDEDORES + PARED DEL SISTEMA
1.- PAREDES
a) Permeables; permite intercambio de masa.
b) Impermeables; no permite intercambio de masa.
c) Adiabáticas: no permite intercambio de calor.
d) Diatérmicas: permite intercambio de calor.
2.- SISTEMAS a) Abierto: intercambia masa con alrededores.
b) Cerrado: no intercambia masa con alrededores.
c) Aislado: no intercambia masa ni ningún tipo de
energía
PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
Características medibles directa o indirectas, necesarias para
determinar el estado del sistema. Por ejemplo la presión, el
volumen entre otras.
PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS
Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la
masa del sistema, ejemplo la presión y las extensivas que si
dependen de la presión, ejemplo el volumen.
Estado de un sistema
Los valores que tienen las propiedades de un sistema determinan el
“estado de un sistema”.
El estado de un sistema queda determinado al fijar los valores de
algunas de las propiedades .
Cambio de estado
Se produce cuando cambia el valor de alguna propiedad intensiva
Estado Inicial (i)
Estado Final (f)
“Para determinar un cambio de estado, no se requiere conocer los
valores intermedios de las variables intensivas por los que pasa el
sistema”
CAMBIO
trayectoria recorrida
Estado Inicial
Estado Final
FASE
Porción homogénea de materia (sólido, líquido o gas) con fronteras
definidas de otras fases, y que puede ser separado mecánicamente
de las otras fases. Un sistema puede estar compuesto por una fase
(sistema homogéneo) o por 2 o más fases (sistema heterogéneo).
Ejemplo: una solución de sal o una mezcla de gases constituyen una
sola fase.
Componente: son los entes químicos de un sistema. Se define
como el conjunto menor de fórmulas químicas necesarias para
describir la composición de todas las fases de un sistema.
¿Cuáles serían los componentes de la mezcla de hielo, agua y vapor
de agua?
La ley cero. El equilibrio termodinámico
Si los sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y los
sistemas B y C están en equilibrio termodinámico, entonces los
sistemas A y C están también en equilibrio termodinámico
EXPERIMENTO DE JOULE
Joule showed that mechanical energy could be
converted into heat energy.
ΔT
M
F
Δx
H2O
W = FDx
Energía Interna del Sistema (U)
La sumatoria de las energías del sistema
(prácticamente inmedible en términos absolutos)
Calor (Q)
Trabajo (W)
La energía es: (a) macroscópicamente, la capacidad de hacer
trabajo o de transformarse en calor, incluído el calor mismo, y
(b) microscópicamente, una medida del movimiento molecular.
La termodinámica, desarrollada para ser macroscópica, se
enriquece con la consideración del nivel molecular.
Energías Internas de Sistemas
Energías macroscópicas
1. Energía mecánica gravitacional:
Una persona subiendo 100 m (mhg): 65 kg a 100 m = 63.8 kJ
2. Energía mecánica cinética:
Una persona corriendo (0.5 mv2): 65 kg a (18 m/seg) = 10.5 kJ
3. Trabajo de expansión de un gas (un cilindro de
automóvil)
de 0.05 L a 0.40 L a 1 atm: 0.35 x 1 x 0.082 x 393 = 11.3 J
a 4000 rpm, 4 cilindros = 181 kJ/min
Energías Internas de Sistemas
Energías moleculares (microscópicas) (298 K):
1. Energía cinética molecular
1.1. Traslación. He, 3/2 RT, teórico y real = 3.7 kJ/mol
1.2. Traslación, rotación y vibración
a) H2, teórico 7/2 RT, 8.7 kJ/mol, real = 6.1 kJ/mol
b) CO2, teórico 13/2 RT, 26.0 kJ/mol, real = 13.9 kJ/mol
2. Energía electrónica (reacción química):
1.1. Combustión (2 H2 + O2 => H2O) = 242 kJ/mol
1.2. Neutralización (H+ + HO- => H2O) = 58.0 kJ/mol
1.3. Redox (Zno + Cu2+ => Zn2+ + Cuo) = 212.3 kJ/mol
3. Energía nuclear (mc2):
1.1 (Fisión) 235U => 142Ba + 92Kr + 2 no
(Dm = 7.5 x 10-26 g/mol) = 1.8 x 1010 kJ/mol
1.2 (Fusion) 2H => 3H + H = 3.9 x 108 kJ/mol