Conceptos Fundamentales de Termoquímica y Procesos Energéticos

Conceptos Clave en Termoquímica

Clasificación de Procesos por Intercambio Energético

• Exotérmico: La energía liberada es mayor que la aportada.
• Endotérmico: La energía liberada es menor que la aportada.

Tipos de Sistemas Termodinámicos

• Sistemas Abiertos: Cuando se intercambia materia y energía con el exterior.
• Sistemas Cerrados: Se puede intercambiar energía con el exterior, pero no materia.
• Sistemas Aislados: No se puede intercambiar materia ni energía con el exterior (es hermético y térmicamente aislado).

Tipos de Procesos Termodinámicos

• Proceso Isobárico: Si la presión permanece constante.
• Proceso Isotérmico: Si la temperatura permanece constante.
• Proceso Isocórico: Si el volumen permanece constante.
• Proceso Adiabático: Si no hay intercambio de calor con el entorno.

Principios Fundamentales de la Termodinámica

Primer Principio de la Termodinámica

En un proceso químico, la variación de energía interna de un sistema ($\Delta U$) es igual al calor desprendido o absorbido por el sistema ($Q$) más el trabajo realizado por o sobre el sistema ($W$).

$$\Delta U = Q + W$$

Definiciones Energéticas

• Energía Interna ($U$): Suma de todas las energías de un sistema.
• Entalpía de Formación ($\Delta H_f$): Cambio de calor que resulta de la formación de un mol de ese compuesto a partir de sus elementos en sus estados de agregación más estables a $25^{\circ}\text{C}$ y $1 \text{ atm}$.
• Entalpía de Combustión: Equivale al calor que desprende o absorbe el sistema cuando se produce dicha reacción a presión constante. Es la diferencia entre la energía de los productos y los reactivos.

Ley de Hess

Cuando una reacción se puede expresar como suma de otras, su calor de reacción es igual a la suma de los calores de las reacciones parciales.

Entalpía de Enlace

Es el flujo de calor que acompaña a la formación o ruptura de un mol de enlaces a partir de los átomos aislados en estado gaseoso y a presión constante.

Segundo Principio de la Termodinámica

Afirma que en los procesos espontáneos la entropía del universo aumenta.

Tercer Principio de la Termodinámica

Afirma que cuando una sustancia se encuentra a una temperatura de $0 \text{ Kelvin}$ en forma de cristal perfecto, su entropía es nula.

Entropía Molar Estándar

Incremento de entropía de un mol de dicha sustancia en condiciones estándar con respecto a la que le correspondería en el cero absoluto.

Energía Libre de Gibbs ($\Delta G$)

La energía libre de formación de un compuesto en condiciones estándar equivale al cambio de energía libre necesario para formar un mol de compuesto a partir de sus elementos en su estado fundamental en esas condiciones de presión y temperatura.

Criterios de Espontaneidad

• $\Delta G < 0$: El proceso es espontáneo e irreversible.
• $\Delta G = 0$: El proceso se encuentra en equilibrio.
• $\Delta G > 0$: El proceso no es espontáneo a esa temperatura.