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Breve introducción a la termodinámica, desde el punto de vista físico-químico.
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TermodinámicaQUIMICA APLICADA
Estudio científico de La ENERGÍA
y sus transformaciones.
Termoquímica Termodinámica
Introducción a la termodinámica
• Abiertos: intercambian m y E• Cerrados: intercambian solo E• Aislados: no hay intercambio
Propiedades: Intensivas: no dependen de la masa. Ej: T, P, Extensivas: dependen de la masa. Ej: V, m, E
Algunas definiciones:
Sistema: Parte del universo que es objeto de estudio.
Entorno, alrededores, ambiente: Resto del universo
Funciones de estado
P, V, T, E, H, S, G entre otras.
Independientes de la trayectoria.
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.
Calor y Trabajo no son funciones de estado
ΔE univ = ΔE sist + ΔE alr = 0
ΔE sist = - ΔE alr Si un sistema sufre un Si un sistema sufre un ΔΔE, el univ. E, el univ. o el entorno deben mostrar un o el entorno deben mostrar un
cambio igual pero de signo cambio igual pero de signo contrariocontrario
1° principio de la Termodinámica1° principio de la TermodinámicaLa energía no se crea ni se destruyese convierte de una forma en otra
E interna = EC + EP
•Energía cinética
traslacional.
•Rotación molecular.
•Energía vibracional.
•Electrones.
•Atracciones
intermoleculares.
•Enlaces químicos.
E sist = E interna
1° principio de la Termodinámica1° principio de la Termodinámica
1° principio de la Termodinámica1° principio de la Termodinámica
Lo que se puede medir es el CAMBIO de ΔE interna
Sistema+ -
Calor absorbidopor el sistema
Trabajo realizadosobre el sistema
Calor liberado por el sistema
Trabajo realizadopor el sistema
Ninguno viola el 1° principio, pero solo uno de los casos es espontáneo
Proceso exotérmico no es necesariamente Proceso exotérmico no es necesariamente espontáneoespontáneo
Ej: HEj: H22O O ((ll)) → H → H22O O ((ss))
HH00 = -6.01 kJ = -6.01 kJ
No es espontáneo por encima de 0°CNo es espontáneo por encima de 0°C
Ej: CHEj: CH44 ((gg)) + O + O2 (2 (gg)) → CO → CO22 ((gg)) + H + H22O O ((ll))
HH00 = -890 kJ = -890 kJ
Combustión : Proceso espontáneoCombustión : Proceso espontáneo
ENTROPÍA Es una medida del desorden del sistema.
Entropía : desorden de un sistema; > desorden >S
Entropía absoluta siempre: S>0
ENTROPÍA
Entropía es función de estado: S = Sf - Si
Entropía estándar medida a 1 atm: S°Condición estándar
Unidades: J/K.mol
Si S > 0 el sistema se desordena
Si S < 0 el sistema se ordena
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
2° Principio de la Termodinámica2° Principio de la Termodinámica
Procesos con aumento de entropíaProcesos con aumento de entropía
Para toda sustancia la entropía aumenta Para toda sustancia la entropía aumenta en el orden en el orden
SSsólidosólido < < SSlíquidolíquido << << SSgasgas
La mezcla de sustancias o la disolución La mezcla de sustancias o la disolución de un sólido en un líquido aumenta la de un sólido en un líquido aumenta la entropía del sistema.entropía del sistema.
La entropía de cualquier sustancia se La entropía de cualquier sustancia se incrementa si su temperatura aumenta.incrementa si su temperatura aumenta.
Un incremento de la cantidad de moles Un incremento de la cantidad de moles de sustancias gaseosas aumenta la de sustancias gaseosas aumenta la entropía del sistema.entropía del sistema.
aA + bB cC + dD
S0r dS0(D)cS0(C)= [ + ] - bS0(B)aS0(A)[ + ]
S0
rnS0(productos)= mS0(reactivos)-
Entropía estándar de reacción (S0 ) Cambio de entropía para una reacción realizada en 1 atm
S0(CO) = 197.9 J/K•mol
S0(O2) = 205.0 J/K•mol
S0(CO2) = 213.6 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
¿Cuál es el cambio de entropía estándar para la siguiente reacción a 25°C?
2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g)
Entropía absoluta :
S = Sf – Si
Como Si = 0
S = Sf
3° Principio de la Termodinámica:3° Principio de la Termodinámica: La entropía de una sustancia cristalina perfecta es 0 a 0 KLa entropía de una sustancia cristalina perfecta es 0 a 0 K
G = H –TSG = H –TS
Para un proceso a Para un proceso a Temperatura constanteTemperatura constante::
Energía libre de GibbsEnergía libre de Gibbs
G < 0 La reacción es espontáneaG < 0 La reacción es espontánea
G > 0 La reacción no es espontánea G > 0 La reacción no es espontánea
G = 0 La reacción está en equilibrioG = 0 La reacción está en equilibrio
La energía libre es la energía disponible para realizar trabajo La energía libre es la energía disponible para realizar trabajo (energía útil)(energía útil)
G = G = HHsistsist –T –T SSsistsist
GG = = HH – – TTSS HH SS GG
> 0> 0 > 0> 0 Reacción Reacción espontáneaespontánea a altas a altas temperaturastemperaturas
> 0> 0 < 0< 0 Siempre > 0, Siempre > 0, NO espontáneaNO espontánea
< 0< 0 > 0> 0 Siempre < 0, Siempre < 0, Siempre espontáneaSiempre espontánea a a cualquier Tcualquier T
< 0< 0 < 0< 0 Reacción Reacción espontáneaespontánea a bajas a bajas temperaturastemperaturas
Energía libre de GibbsEnergía libre de Gibbs
2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
G0r nG0 (productos)f= mG0 (reactivos)f-
¿Cuál es el cambio de energía libre estándar para la reacción siguiente a 25 °C?
G0r 6G0 (H2O)f12G0 (CO2)f= [ + ] - 2G0 (C6H6)f[ ]
G0r = [ 12x–394,4 + 6x–237,2 ] – [ 2x124,5 ] = -6405 kJ
¿Es la reacción espontánea a 25 0C?
G0 = -6405 kJ < 0 Espontánea
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