TERMODINÁMICA

La termodinámica estudia los intercambios energéticos en los procesos físicos, químicos o biológicos. La parte que se centra en el estudio del intercambio de energía en las reacciones químicas se denomina termodinámica química.

Tipos de Sistemas Termodinámicos

• Sistema abierto: Puede intercambiar materia y energía con el entorno.
• Sistema cerrado: Permite la transferencia de energía pero no de materia.
• Sistema aislado: No intercambia materia ni energía con el entorno.

Tipos de Variables Termodinámicas

• Variables intensivas: Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia del sistema, ejemplo: la densidad, la presión o la temperatura.
• Variables extensivas: Son aquellas que dependen de la cantidad de materia del sistema, ejemplo: la masa, el volumen o la energía interna.

Se denomina funciones de estado a las variables termodinámicas con un valor definido para cada estado del sistema, y cuyas variaciones solo dependen del estado inicial y final del sistema termodinámico (y no del camino seguido).

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

El trabajo: Es una forma de transferir energía entre dos sistemas físicos, que se produce como consecuencia de procesos donde intervienen fuerzas y desplazamientos.

El calor: Es una forma de transferir energía entre dos sistemas físicos, que se produce por el hecho de encontrarse ambos a diferente temperatura.

Expresión del Primer Principio de la Termodinámica

Primer principio de la termodinámica: La energía intercambiada por un sistema durante un proceso coincide con la intercambiada por el entorno de este sistema.

Energía interna: Es la suma de la energía de todas sus partículas.

Primer principio en sistemas cerrados: La variación de su energía interna, de un sistema es la suma de la energía intercambiada mediante calor, y de la energía intercambiada mediante trabajo, entre el sistema y el entorno.

Criterio termodinámico:

APLICACIONES DE LA TERMODINÁMICA A DIVERSOS SISTEMAS

• Procesos a temperatura constante (isotérmicos) «solo en caso de un gas ideal»
• Procesos a presión constante (isobáricos)
• Procesos a volumen constante (isocoros)
• Procesos aislados (adiabáticos)

El Calor de Reacción

Es la energía que se desprende o se absorbe en una reacción química.

• Las reacciones exotérmicas, son las reacciones que se producen con desprendimiento de energía.
• Las reacciones endotérmicas, son las reacciones que requieren un aporte de energía para producirse.

Entalpía de Reacción

En una reacción química es el calor de la reacción a presión constante. En las reacciones exotérmicas, se libera energía, por tanto, los productos tienen menor contenido energético que los reactivos y en las reacciones endotérmicas, se absorbe energía, por tanto, los productos tienen mayor contenido energético que los reactivos.

LA LEY DE HESS

La variación de entalpía en una reacción química, es la misma, independientemente de que la reacción se efectúe en una o varias etapas.

SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: DESORDEN Y ENTROPÍA

La entropía, mide el grado de desorden en que las partículas de un sistema físico se distribuyen en un volumen determinado: cuanto mayor sea el desorden de un sistema, mayor será su entropía y viceversa.

Entropía de cada fase

Para cualquier sustancia, las partículas en estado sólido están más ordenadas que cuando se encuentran en estado líquido y estas, más ordenadas que en estado gaseoso, donde ocupan mayor volumen, cumpliéndose la relación: (Entropía del gas >> entropía del líquido > entropía del sólido)

Variación de Entropía

La entropía, al igual que la energía y la entalpía, es una función de estado, ya que su variación solo depende de su calor en el estado inicial y final del sistema, y no del camino seguido para pasar de uno al otro.

Segundo Principio de la Termodinámica

En todos los procesos espontáneos (irreversibles) la entropía total aumenta. No puede producirse un proceso en el que la entropía total disminuya.

ENERGÍA LIBRE DE GIBBS

La variación de la energía libre, para un proceso a temperatura constante. Donde T es la temperatura en Kelvin. En el SI, G se expresa en J/Mol.

Espontaneidad de las Reacciones Químicas

Para que una reacción se produzca, a presión y a temperatura constantes, la variación de la energía libre de Gibbs debe ser menor o igual a cero.

• Una reacción es espontánea cuando la energía libre del sistema disminuye, siendo su valor en los productos menor que el de los reactivos.
• Una reacción no es espontánea cuando la energía libre del sistema aumenta, debido a que hay que comunicar energía desde el exterior para que se produzca.
• Una reacción está en equilibrio cuando la variación de energía libre del sistema es igual a cero.

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