Fundamentos de Termoquímica y Termodinámica: Conceptos Clave y Sistemas

Conceptos Fundamentales de Termoquímica y Termodinámica

Termoquímica

Estudia los cambios térmicos relacionados con procesos químicos y cambios en el estado de agregación de la materia.

Termodinámica

Rama de la física que estudia el movimiento del calor y otras formas de energía.

Entalpía (\(\Delta H\)\u003c/span>)

Flujo de calor medido a presión constante. Se define a menudo como el calor liberado o absorbido cuando se rompe un mol de enlace en estado gaseoso a presión constante.

Entalpía de Formación Estándar (\(\Delta H^\circ_f\)\u003c/span>)

Es el calor de reacción correspondiente a la formación de 1 mol de la sustancia a partir de sus elementos constituyentes, encontrándose estos en sus estados estándar.

Entalpía de Enlace

Flujo de calor a presión constante asociado a la ruptura o formación de un enlace químico.

Estado Estándar

Condiciones de referencia definidas como 25 °C (298.15 K) y 1 atmósfera (atm) de presión.

Propiedad de Estado (Función de Estado)

Es una propiedad cuyo valor se determina especificando únicamente el estado actual del sistema, independientemente de cómo se haya alcanzado ese estado.

Energía

Capacidad de efectuar un trabajo. Es una magnitud.

Calor

Transferencia de energía térmica desde un objeto más caliente a uno más frío debido a una diferencia de temperatura.

Trabajo

Es la fuerza necesaria para que exista un desplazamiento (empuje o tracción).

Clasificación de Procesos y Sistemas Termodinámicos

Procesos Térmicos

La convención de signos para el cambio de entalpía (\(\Delta H\)\u003c/span>) es crucial:

• Proceso Exotérmico: Proceso que libera calor al entorno. El cambio de entalpía es negativo. Ejemplo: \(\Delta H = -44 \text{ kJ}\)\u003c/span>.
• Proceso Endotérmico: Proceso que absorbe calor del entorno. El cambio de entalpía es positivo. Ejemplo: \(\Delta H = +44 \text{ kJ}\)\u003c/span>.

Definiciones de Sistema y Entorno

Sistema

Es la porción específica del universo en la cual estamos interesados en estudiar.

Entorno (Alrededores)

Todo lo que rodea al sistema. El entorno no tiene límites definidos en teoría.

Temperatura

Es una medida de la energía cinética promedio de las moléculas de un sistema.

Tipos de Sistemas Termodinámicos

Los sistemas se clasifican según la transferencia de materia y energía con el entorno:

• Sistema Abierto: Transfiere materia, calor y trabajo. Ejemplos: Una vela encendida, un motor.
• Sistema Cerrado: Solo transfiere calor y trabajo, pero no materia. Ejemplo: Un vaso con agua tapado.
• Sistema Diatérmico: Permite la transferencia de calor, pero no necesariamente de trabajo. Ejemplo: Los seres humanos.
• Sistema Aislado: No transfiere materia, calor ni trabajo. Ejemplo: Una cápsula espacial idealizada.
• Sistema Adiabático: No transfiere calor ni materia, pero sí puede transferir energía en forma de trabajo. Ejemplo: Una máquina de hacer nieve (Lanzanieves).

Propiedades y Funciones de Estado

Las propiedades de un sistema se clasifican según su dependencia de la cantidad de materia:

Propiedades Intensivas (No dependen de la cantidad)

Son aquellas que no dependen de la cantidad de muestra presente.

• Ejemplos: Olor, Densidad, Punto de Fusión, Punto de Ebullición, Dureza.
• (Nota: El texto original incluye 'calor' en esta lista, pero el calor como transferencia de energía es una propiedad extensiva).

Propiedades Extensivas (Dependen de la cantidad)

Dependen de la cantidad de muestra. Describen la manera en que la sustancia puede cambiar o reaccionar.

• Ejemplos: Inflamabilidad, Masa, Volumen.

Medición de la Energía Térmica

Termómetro

Sensor cuantitativo utilizado para determinar qué objeto está más caliente o más frío, midiendo la temperatura.

Calorimetría

Es la medición del flujo de calor. El aparato que mide este flujo se denomina Calorímetro.

Conceptos de Capacidad Térmica

Calor Específico (\(s\)\u003c/span> o \(c_e\)\u003c/span>)

Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de sustancia en 1 °C. Se mide típicamente en unidades basadas en masa (J/g·°C).

Capacidad Calorífica (\(C\)\u003c/span>)

Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una cantidad molar o total de sustancia en 1 °C. Se mide típicamente en unidades basadas en moles o masa total (J/mol·°C o J/°C).

Equilibrio Térmico

Es el estado en el que el sistema y el entorno alcanzan la misma temperatura (\(T^\circ\)\u003c/span>), cesando la transferencia neta de calor.