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QUIMICA APLICADA
Termodinámica
Introducción a la termodinámica
Termoquímica
Termodinámica
Estudio científico de
La ENERGÍA
y sus transformaciones.
Algunas definiciones:
Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio.
Entorno, alrededores, ambiente: Resto del universo
•
•
•
Abiertos: intercambian m y E
Cerrados: intercambian solo E
Aislados: no hay intercambio
Propiedades: Intensivas: no dependen de la masa. Ej: T, P, d
Extensivas: dependen de la masa. Ej: V, m, E
Funciones
de
estado
Cuando cambia el estado de un sistema, el valor del cambio
de una función de estado , depende únicamente del estado
inicial y final del sistema.
P, V, T, E, H, S, G entre otras.
Independientes de la
trayectoria.
Calor y Trabajo no son
funciones de estado
1° principio de la Termodinámica
La energía no se crea ni se destruye
se convierte de una forma en otra
ΔE univ = ΔE sist + ΔE alr = 0
ΔE sist = - ΔE alr
Si un sistema sufre un ΔE, el univ.
o el entorno deben mostrar un
cambio igual pero de signo
contrario
1° principio de la Termodinámica
E sist = E interna
E interna = EC + EP
•Energía cinética traslacional.
•Rotación molecular.
•Energía vibracional.
•Electrones.
•Atracciones intermoleculares.
•Enlaces químicos.
1° principio de la Termodinámica
Lo que se puede medir es el CAMBIO de ΔE
interna
ΔE interna = q + w
+
Trabajo realizado
sobre el sistema
Calor absorbido
por el sistema
Sistema
Trabajo realizado
por el sistema
Calor liberado por
el sistema
Ninguno viola el 1° principio,
pero solo uno de los casos es
espontáneo
Ej:
CH4
(g)
+ O2 (g) → CO2
(g)
+ H2O
(l)
H0 = -890 kJ
Combustión : Proceso espontáneo
Ej:
H 2O
(l)
→
H2O
(s)
H0 = -6.01 kJ
No es espontáneo por encima de 0°C
Proceso exotérmico no es necesariamente
espontáneo
ENTROPÍA
Es una medida del desorden del sistema.
Entropía : desorden de un sistema;
Entropía absoluta siempre: S>0
> desorden
>S
ENTROPÍA
Condición estándar
Entropía estándar medida a 1 atm: S°
Unidades: J/K.mol
Entropía es función de estado: S = Sf - Si
Si S > 0
el sistema se desordena
Si S < 0
el sistema se ordena
2° Principio de la Termodinámica
La entropía del universo
aumenta en un proceso espontáneo
Suniv = Ssist + S alr > 0
Espontáneo
permanece inalterada en un proceso de equilibrio
Suniv = Ssist + S alr = 0
Equilibrio
Procesos con aumento
de entropía
Para toda sustancia la entropía aumenta
en el orden
Ssólido < Slíquido << Sgas
La mezcla de sustancias o la disolución
de un sólido en un líquido aumenta la
entropía del sistema.
La entropía de cualquier sustancia se
incrementa si su temperatura aumenta.
Un incremento de la cantidad de moles
de sustancias gaseosas aumenta la
entropía del sistema.
Entropía estándar de reacción (S0 )
Cambio de entropía para una reacción realizada en 1 atm
aA + bB
S0r =
S0
r
cC + dD
[ cS0(C) + dS0(D) ] - [ aS0(A) + bS0(B) ]
= S nS0(productos) - S mS0(reactivos)
¿Cuál es el cambio de entropía estándar para la siguiente reacción a 25°C?
2CO (g) + O2 (g)
2CO2 (g)
S0(CO) = 197.9 J/K•mol
S0(CO2) = 213.6 J/K•mol
S0(O2) = 205.0 J/K•mol
S0r = 2 x S0(CO2) – [2 x S0(CO) + S0 (O2)]
S0r = 427,2 – [395,8 + 205,0] = -173,6 J/K.mol
3° Principio de la Termodinámica:
La entropía de una sustancia cristalina perfecta es 0 a 0 K
Entropía absoluta :
S = Sf – Si
Como Si = 0
S = Sf
Energía libre de Gibbs
G = H –TS
Para un proceso a Temperatura constante:
G = Hsist –T Ssist
La energía libre es la energía disponible para realizar trabajo
(energía útil)
 G < 0 La reacción es espontánea
 G > 0 La reacción no es espontánea
 G = 0 La reacción está en equilibrio
Energía libre de Gibbs
G = H – TS
H
S
>0
>0
>0
<0
<0
>0
<0
<0
G
Reacción espontánea a altas
temperaturas
Siempre > 0, NO espontánea
Siempre < 0, Siempre espontánea a
cualquier T
Reacción espontánea a bajas
temperaturas
¿Cuál es el cambio de energía libre estándar para la reacción
siguiente a 25 °C?
2C6H6 (l) + 15O2 (g)
12CO2 (g) + 6H2O (l)
G0r = S nG0f(productos)
- S mG0f (reactivos)
G0r = [ 12G0f (CO2) + 6G0f (H2O)] - [ 2G0f (C6H6) ]
G0r = [ 12x–394,4 + 6x–237,2 ] – [ 2x124,5 ] = -6405 kJ
¿Es la reacción espontánea a 25 0C?
G0 = -6405 kJ
<0
Espontánea