Conceptos Clave de Termodinámica: Estados, Propiedades, Gases Reales y Calores Específicos

Conceptos Fundamentales de Termodinámica

- Estado Termodinámico: Situación de un sistema definida por sus propiedades termodinámicas en un instante dado. Si no varían, el sistema permanece en el mismo estado.
- Peso Molecular (M): Masa de un mol de sustancia. Se calcula como M = m/n (masa entre moles).
- Equilibrio Térmico: Estado en el que dos cuerpos en contacto igualan su temperatura y sus propiedades dejan de variar (cumple la Ley Cero de la Termodinámica).
- Sustancia Pura: Sistema con composición química fija y homogénea (un componente en una o más fases, o mezclas que no cambian de fase).
- Concepto de Continuo: Considerar la materia como un medio continuo y homogéneo a partir de un volumen/masa umbral mínimo (V'), despreciando discontinuidades moleculares.
- Propiedad Termodinámica: Variable cuantificable del estado del sistema. Tipos: Intensivas (no dependen de la masa, ej: Temperatura T, Presión P, Densidad) y Extensivas (dependen de la masa, ej: Volumen V, Peso).
- Presión Relativa vs Absoluta: La relativa mide la diferencia respecto a la atmósfera (ej. manómetros); la absoluta es la real respecto al cero absoluto (P_absoluta = P_relativa + P_atmosférica).
- Temperatura: Dimensión térmica básica que a nivel microscópico mide el grado de energía cinética (agitación y vibración) de las partículas.

Fases de la Materia y el Mol

- Fases de Agregación: Cantidad estable y homogénea de materia. Tipos principales: sólida, líquida, gaseosa y plasmática.
- Mol (3 definiciones clave):
  1. Unidad de convención para indicar la cantidad de materia.
  2. Cantidad de materia que contiene exactamente el Número de Avogadro (6,022 x 10²³ partículas/moléculas).
  3. Cantidad de sustancia cuya masa en gramos coincide numéricamente con su peso molecular.

Teorema de Estados Correspondientes y Gases Reales

- Teorema de Estados Correspondientes: Postula que todos los gases a idéntica temperatura reducida (Tr) y presión reducida (Pr) tienen el mismo volumen reducido y factor de compresibilidad (Z).
- Temperatura Reducida (Tr): Cociente entre la temperatura del gas y su temperatura crítica: Tr = T / Tc.
- Presión Reducida (Pr): Cociente entre la presión del gas y su presión crítica: Pr = P / Pc.
- Volumen Específico Reducido: Relación del volumen del gas con respecto a las condiciones de su punto crítico.
- Factor de Compresibilidad (Z): Magnitud adimensional que mide la desviación de un gas real respecto al comportamiento de gas ideal: Z = Pv / RT.

Energía Interna y Calores Específicos

- Energía Interna (U): Suma de todas las formas de energía microscópicas de un sistema. Se divide en:
  * Sensible: Asociada a la energía cinética molecular (traslación, vibración, rotación); es directamente proporcional a la Temperatura.
  * Latente: Asociada a las fuerzas intermoleculares y al estado o fase de la materia.
- Energía Interna vs Mecánica: La mecánica es macroscópica (depende de velocidad/altura exterior); la interna es microscópica (depende de la estructura molecular interior). Efecto de cambio de fase: Los gases tienen mayor energía latente porque se requiere energía para vencer las fuerzas intermoleculares de sólidos/líquidos.
- Calor Específico (C): Cantidad de energía necesaria para elevar en 1 grado la temperatura de 1 kg de sustancia (Unidades: J/kg·K).
- Cv (Calor específico a volumen constante): Energía requerida para elevar 1 grado a 1 kg manteniendo el volumen constante.
- Cp (Calor específico a presión constante): Energía requerida para elevar 1 grado a 1 kg manteniendo la presión constante.
- Relación Cp y Cv: Siempre se cumple que Cp > Cv en los gases, ya que a presión constante se requiere energía extra para que el sistema realice un trabajo de expansión. En sólidos y líquidos la diferencia es despreciable.