Principios de la Termodinámica y sus Aplicaciones

Primer Principio de la Termodinámica

El calor es la energía intercambiada entre el sistema y el entorno, debido a una diferencia de temperatura.

• W > 0, cuando se realiza trabajo sobre el sistema (disminuye el volumen o se comprime el gas).
• W < 0, cuando el sistema realiza trabajo (aumenta el volumen o se expande el gas).

Procesos Termodinámicos

Si se mantiene constante una variable de estado, los procesos pueden ser:

• Isotermos: si la temperatura permanece constante.
• Isobáricos: si la presión permanece constante.
• Isócoros: si el volumen permanece constante.
• Adiabáticos: si no se produce transferencia de calor entre el sistema y el entorno.

Transformaciones Termodinámicas

• Si el proceso es isotérmico, a temperatura constante, la energía interna no se modifica y el calor intercambiado entre el sistema y el entorno es igual al trabajo desarrollado por el sistema (W < 0).
• En una transformación isócora, a volumen constante, el trabajo es cero y, por tanto, el calor intercambiado por el sistema es igual a la variación de energía interna.
• En una transformación isobárica, a presión constante, el calor intercambiado por el sistema es igual a la variación de su entalpía.

Reacciones a Volumen y a Presión Constante

• El calor absorbido o desprendido en una reacción química que transcurre a volumen constante es igual a la variación de la energía interna del sistema.
• El calor absorbido o desprendido en una reacción química que transcurre a presión constante es igual a la variación de entalpía del sistema.

Ley de Hess

Si una reacción química puede expresarse como suma algebraica de dos o más reacciones, la entalpía de la reacción es igual a la suma algebraica de las entalpías de las reacciones parciales. La entalpía estándar de reacción (ΔH_R), es la suma de las variaciones de entalpías de los procesos intermedios, siempre que la reacción transcurra a presión constante.

Segundo Principio de la Termodinámica. Entropía

La entropía es una función de estado, S, que mide el grado de desorden molecular de los sistemas y se mide en J/K.

Análisis Cualitativo de Algunos Fenómenos Fisicoquímicos

• Cambios de estado: para una misma sustancia, al aumentar la movilidad de las partículas existe un mayor desorden y, por tanto, aumenta la entropía en el siguiente orden: S sólido < S líquido < S gas
• Disoluciones sólido-líquido o líquido-líquido: al disolverse el sólido o el líquido en un líquido, aumenta el desorden y, por tanto, aumenta la entropía. S soluto + S disolvente < S disolución
• Mezcla de gases: al mezclar varios gases crece el desorden y, por tanto, aumenta la entropía. S gas 1 + S gas 2 < S mezcla gases
• Disolución de gas en un líquido: al disolver el gas en un líquido, disminuye la movilidad de las partículas, disminuye el desorden y, por tanto, disminuye la entropía. S gas + S líquido > S disolución
• Variación de la temperatura: el aumento de temperatura produce un aumento de energía cinética de las partículas que originará un crecimiento de entropía. Un descenso de temperatura, provocará una disminución de entropía. S temperatura baja < S temperatura alta

Segundo Principio de la Termodinámica. Entropía

El 2º principio de la termodinámica dice que considerando el universo como un sistema aislado, a volumen constante, se producirán espontáneamente los procesos en los que la entropía aumenta.

• Si ΔG < 0, la reacción es espontánea.
• Si ΔG > 0, la reacción no es espontánea.
• Si ΔG = 0, la reacción está en equilibrio.

calor = masa x calor específico x incremento del tiempo

incremento de U = calor + trabajo

incremento de U = incremento de H + incremento de n x R x T

ΔG = ∆H - T ΔS