Fundamentos de Termodinámica: Variables, Funciones de Estado y Principios Clave
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Conceptos Fundamentales de Termodinámica
Las variables de un sistema son las magnitudes utilizadas para describirlo sin ambigüedad. Las variables termodinámicas pueden ser extensivas o intensivas.
Variables Extensivas
Su valor depende de la cantidad de materia que contiene el sistema: la masa, el volumen.
Variables Intensivas
Su valor no depende de la cantidad de materia del sistema: la temperatura, la densidad.
Funciones de Estado
Las funciones de estado son las variables termodinámicas cuyo valor solo depende del estado actual del sistema y no del procedimiento por el que el sistema llegó a dicho estado.
La presión, el volumen y la temperatura son funciones de estado porque las variaciones que experimentan solo dependen del estado inicial y del estado final del sistema, sin importar el camino de la formación. El calor y el trabajo no lo son.
Primer Principio de la Termodinámica
La energía no se crea ni se destruye, por lo que la cantidad total de energía del universo se mantiene constante.
La variación de energía interna (ΔU) de un sistema es igual a la suma del calor (Q) intercambiado entre el sistema y su entorno, y el trabajo (W) realizado por el sistema o sobre este. La fórmula es: ΔU = Q + W.
Hay que tener en cuenta el signo que se asigna a cada variable para determinar la variación de energía:
- El flujo de calor y el de trabajo desde el entorno hacia el sistema se consideran positivos.
- El flujo de calor y el de trabajo desde el sistema hacia el entorno se consideran negativos.
Ley de Hess
Si una reacción puede producirse en varias etapas, reales o teóricas, su variación de entalpía es igual a la suma de las entalpías de reacción de estas reacciones intermedias.
Si una reacción (A) puede considerarse como suma de otras reacciones (B, C, D, etc.), se cumplirá: ΔH = ΔHb + ΔHc + ΔHd + ...
La Entropía (S)
La entropía (S) es una función de estado que mide el grado de desorden molecular de los sistemas.
Energía Libre de Gibbs (G)
La relación entre la variación de entalpía de un proceso y la variación de entropía que tiene lugar en él, se establece mediante una nueva función de estado denominada entalpía libre, energía libre de Gibbs, o simplemente energía libre (G).
Su valor viene dado por: G = H - T·S.
La energía libre (G) no puede medirse experimentalmente, pero es posible conocer la variación de energía libre en un proceso: ΔG = ΔH - T·ΔS.