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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.
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.
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
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
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