Termoquímica: conceptos fundamentales y primer principio de la termodinámica

Resumen

El documento presenta los conceptos básicos de la termoquímica: clasificación de los sistemas termodinámicos, tipos de procesos, funciones de estado y ecuaciones termoquímicas. Explica el primer principio de la termodinámica, la energía interna, la diferencia entre calor a volumen constante y a presión constante, y define conceptos como entalpía de reacción, de formación y de enlace.

Puntos clave

Un sistema abierto intercambia masa y energía con el entorno; uno cerrado solo intercambia energía; uno aislado no intercambia ni materia ni energía.
Las funciones de estado solo dependen del estado inicial y final del sistema, no de las etapas intermedias.
El primer principio de la termodinámica establece que ΔU = Q + W, basándose en la conservación de la energía.
A volumen constante, el calor intercambiado (Qv) es igual a la variación de energía interna; a presión constante (Qp), es igual a la variación de entalpía.
La entalpía de formación es el calor absorbido o desprendido al formar un mol de compuesto a partir de sus elementos en estado natural.
Las reacciones exotérmicas desprenden calor y las endotérmicas lo absorben.

Ponte a prueba

Clasificación de los Sistemas en Termoquímica

Sistema abierto: Intercambia masa y energía en forma de calor con el entorno.
Sistema cerrado: Solo puede intercambiar energía, no materia.
Sistema aislado: No puede intercambiar ni materia ni energía.
Sistema homogéneo: Todo en el mismo estado, solo una fase.
Sistema heterogéneo: Varios estados, dos o más fases.

Variables Termoquímicas

Los procesos que se originan se clasifican en:

Isotermos: Temperatura constante.
Isobáricos: Presión constante.
Isócoros: Volumen constante.
Adiabáticos: No hay transferencia de calor.

Funciones de Estado

Son aquellas variables que solo dependen del estado del sistema y no de las etapas o casos intermedios transcurridos hasta llegar a él. Sus variaciones solo dependen del estado inicial y final del sistema.

Ecuación Termoquímica

Es una ecuación química ajustada, en la que se indican los reactivos y productos, junto a la cantidad de calor intercambiado (absorbido o cedido) con el entorno.

Reacciones exotérmicas: Desprenden calor.
Reacciones endotérmicas: Absorben calor.

Primer Principio de la Termodinámica

El primer principio de la termodinámica se basa en la ley de la conservación de la energía, es decir, la energía no se puede crear ni destruir, solo se puede transformar.

Energía Interna de un Sistema

Es una función de estado de tipo extensivo. Se representa por el símbolo U, incluye todas las formas de energía que tiene un sistema y se puede considerar como la suma de las energías potencial y cinética de las moléculas que forman el sistema.

El primer principio de la termodinámica establece que el cambio de energía interna (ΔU) de un sistema es la suma del intercambio de calor entre el sistema y el entorno (Q), y el trabajo (W) realizado sobre o por el sistema. Matemáticamente se expresa como: ΔU = Q + W

(Criterio de signos)

Variación de Energía a Volumen Constante

En estas condiciones, el primer principio establece que el calor (absorbido o desprendido) en una reacción que transcurre a volumen constante (Q_v), es igual a la variación de energía interna del sistema.

Variación de Energía a Presión Constante

En estas condiciones, el primer principio establece que el calor (absorbido o desprendido) en una reacción que transcurre a presión constante (Q_p) es igual a la variación de entalpía del sistema.

Entalpía de Reacción

Es el calor puesto en juego en una reacción efectuada a presión constante.

Entalpía de Formación

Se define como el calor que se absorbe o desprende cuando se forma un mol de compuesto a partir de los elementos que lo constituyen en su estado natural.

Entalpía de Enlace o Energía de Enlace

Para una molécula diatómica es la variación de entalpía que acompaña a la ruptura de un mol de molécula en estado gaseoso para dar lugar a átomos aislados en el mismo estado.

Preguntas frecuentes

¿Qué es una función de estado en termoquímica?

Es una variable que solo depende del estado inicial y final del sistema, no de las etapas intermedias por las que pasa. Su variación depende únicamente de esos dos estados.

¿Qué establece el primer principio de la termodinámica?

Se basa en la ley de conservación de la energía: la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Matemáticamente, el cambio de energía interna es ΔU = Q + W.

¿Cuál es la diferencia entre reacciones exotérmicas y endotérmicas?

Las reacciones exotérmicas desprenden calor al entorno, mientras que las endotérmicas absorben calor del entorno.