UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECASUNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS QUÍMICAS

QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGOFARMACIA INDUSTRIAL II

Principios de Termodinámica

Alumno: Muñoz Herrera David Profesor: Felipe Orta Martínez 17 de Septiembre del 2014

Es el estudio científico de la conversión del calor y otras formas de energía

En la termodinámica se estudian los cambios en el estado de un sistema, que se define por valores de todas las propiedades macroscópicas importantes, por ejemplo, composición, energía, temperatura, presión y volumen.

Se dice que la energía, la presión, el volumen y la temperatura son funciones de estado, es decir, propiedades determinadas por el estado del sistema, sin importar como se haya alcanzado esa condición.

Termodinámica

Conceptos Básicos

Es una parte del espacio del universo o espacio delimitado por ciertas paredes, reales o imaginarias. Según el tipo de límite (pared), los sistemas se clasifican en:

Sistemas cerrados. Son los que intercambian energía, pero no materia, con el exterior. Aunque no excluyen la posibilidad de una transformación de materia dentro del sistema por una reacción química.

Sistemas abiertos. Éstos intercambian materia y energía con el medio exterior. Se incluyen sistemas cuyas paredes son semipermeables, selectivas, es decir permiten el paso de algunas sustancias pero no de todas.

Sistemas adiabáticos. No hay intercambio de calor con el exterior.

Sistema

Sistemas de paredes fijas. No hay variación de volumen del sistema, y éste no realiza trabajo contra el exterior, o viceversa, por cambio de volumen.

Sistemas aislados. Son los que no intercambian ni materia ni energía con el medio exterior y, en consecuencia no tienen ninguna función con él.

Sistema homogéneo. Es aquel en el que cada una de sus propiedades tiene un mismo valor en todas las partes del mismo o varía en forma continua de una parte a otra.

Sistema heterogéneo. Es el que consta de varias partes macroscópicas separadas unas de otras por superficies de división simples.

Sistema isotrópico. Es aquel cuyas propiedades físicas son idénticas en todas las direcciones.

Sistema anisotrópico. Es aquel cuyas propiedades físicas cambian en función de la dirección.

Propiedades intensivas

El valor medido por estas propiedades no depende de la cantidad de materia considerada. Algunos ejemplos son: la densidad, la temperatura. Además de que no son aditivas.

Propiedades extensivas

El valor medido depende de la cantidad de materia que se considere. Los valores de este tipo de propiedades sí pueden sumarse. Algunos ejemplos son: la longitud, la masa y el volumen.

Propiedades

Peso y masa

La masa es una medición de la cantidad de materia de un objeto, el peso, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. La masa es constante y no depende de la ubicación, en tanto que el peso sí. La unidad básica del SI es el kilogramo (kg), el kg se define en función de un objeto en particular.

Volumen

Es el espacio que ocupa un cuerpo. Se mide por una unidad derivada del SI, el metro cúbico (m3). Pero la unidad de volumen más usada es el litro (L), el cual es el volumen que ocupa un decímetro cúbico, 1000 mL o 1 000 cm3.

Temperatura

Expresa el nivel de agitación que poseen los átomos de un cuerpo. De manera coloquial relacionamos la temperatura con la sensación subjetiva del "calor". La temperatura entonces está relacionada con la energía interna) de un cuerpo; o sea a mayor temperatura mayor será la energía interna.

Energía interna

En un sistema, tiene dos componentes: La energía cinética que consiste en los diversos tipos de movimiento molecular y en el movimiento de los electrones dentro de las moléculas. La energía potencial está determinada por las fuerzas de atracción entre los electrones y los núcleos, por las fuerzas de repulsión que existen entre los electrones y entre los núcleos de las moléculas individuales, así como por la interacción entre las moléculas.

Entalpia

Función de estado, que se define como la suma de la energía interna de un sistema termodinámico y el producto de su volumen por su presión.

H=E + PV

Su variación expresa una medida de la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno. La variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica (presión constante) en un sistema termodinámico, transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía. En este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión.

Entropía

Representa a la fracción de energía en un sistema que no está disponible para poder realizar o llevar a cabo un trabajo específico. También se define como una medida del orden o restricciones para llevar a cabo un trabajo. La entropía nunca puede decrecer, y en el caso de que haya alcanzado la máxima entropía, el sistema no podrá experimentar cambios, de esta manera habría alcanzado su máximo equilibrio.

La entropía no es un valor absoluto. Se mide calculando la diferencia de la entropía inicial de un sistema (Si) y la entropía final (Sf). Por lo tanto la entropía de un sistema sólo se puede calcula si este último ha sufrido variaciones en las condiciones normales del sistema. La entropía posee el símbolo S.

Energía libre de Gibbs

Para determinar si un proceso es o no espontáneo, hay que tomar en consideración la variación de la entalpía y de la entropía. La entalpía nos dice que un proceso tiende a la espontaneidad, mientras que la entropía manifiesta lo contrario.

La energía libre de Gibbs es: la energía liberada por un sistema para realizar trabajo útil a presión constante. Ésta se representa con el símbolo G y considera ambos cambios de tal forma que:

∆G = ∆H – T∆S

La variación de la energía libre ∆G, es una función de estado y tiene unidades de energía.

Si en una reacción química se libera trabajo ∆G es negativo y por lo tanto será una reacción espontánea, Las reacciones endotérmicas ocurren solamente si T ∆ S es grande. La temperatura tiene que ser alta o tiene que haber aumento grande en la entropía para que predomine este término y sea el que determine el valor del ∆G.

Si: ∆G < 0 La reacción es espontánea en el sentido establecido.∆G > 0 La reacción no es espontánea en el sentido establecido.∆G = 0 El sistema está en equilibrio. Se considera para los elementos en su

forma más estable en condiciones estándares.

∆G0 reacción = ∑n ∆G0 productos – ∑n ∆G0 reactivos

Calcular la variación de la energía libre a 25 0C y 1 atmósfera de presión para la

siguiente reacción y establecer si es o no espontánea.

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)

∆G0 = -32.89 kJ/mol + ∆G0 = 0 ∆G0 = -394.4 kJ/mol + ∆G0 = -237.2 kJ/mol

∆G0 reacción = ∑n ∆G0 productos – ∑n ∆G0 reactivos

∆G0 reacción = -868.8 kJ – (-32.89 kJ) ∆G0 reacción = -835.91 kJ ∆G0 reacción < 0 Reacción espontánea

González,J. Meza, MS (2007). Fisicoquímica para ciencias de la salud. Editorial Mc Graw Hill. 1ra Edición. México, DF.

Chang, R (2007) Química. Editorial Mc Graw Hill. 9na Edición. México, DF.

Referencias