Conceptes Clau de Termodinàmica: Principis i Processos

Variables Termodinàmiques

Les variables o propietats termodinàmiques d'un sistema són les magnituds utilitzades per a descriure'l sense ambigüitat. Poden ser:

• Extensives: el seu valor depèn de la quantitat de matèria que conté el sistema.
• Intensives: el seu valor no depèn de la quantitat de matèria del sistema.

Processos Termodinàmics

Els processos termodinàmics poden ser reversibles o irreversibles, segons la possibilitat d'invertir el sentit de la transformació mitjançant canvis infinitesimals en els valors de les variables.

Primer Principi de la Termodinàmica

La variació d'energia interna, ΔU, d'un sistema és igual a la suma de la calor, Q, intercanviat entre el sistema i el seu entorn, i el treball, W, realitzat pel sistema o sobre el sistema.

ΔU = Q + W

Conveni de Signes

• El flux de Q i el de W des de l'entorn cap al sistema es consideren positius: Q > 0 i W > 0.
• El flux de calor i el de treball des del sistema cap a l'entorn es consideren negatius: Q < 0 i W < 0.

Tipus de Processos Específics

Processos Isotèrmics (T constant)

La calor intercanviada entre el sistema i l'entorn és igual al treball desenvolupat pel sistema o sobre el sistema (amb signe oposat).

Q = -W

Processos Adiabàtics (Q = 0)

La variació d'energia interna del sistema és igual al treball desenvolupat pel sistema o sobre el sistema.

ΔU = W

Processos Isocors (V constant)

La calor a volum constant, Qv, intercanviada per un sistema és igual a la variació de la seva energia interna, ΔU.

ΔU = Qv

• Reaccions exotèrmiques: ΔU < 0 (disminució de ΔU)
• Reaccions endotèrmiques: ΔU > 0 (augment de ΔU)

Processos Isobàrics (p constant)

La calor a pressió constant, Qp, intercanviada per un sistema és igual a la variació de la seva entalpia, ΔH.

Qp = ΔH = ΔU + pΔV

• Reaccions exotèrmiques: ΔH < 0 (disminució de H)
• Reaccions endotèrmiques: ΔH > 0 (augment de H)

Entalpia (H)

Entalpia Estàndard de Reacció (ΔH°)

És la variació d'entalpia en una reacció en què els reactius en estat estàndard es transformen en productes en estat estàndard.

Entalpia Estàndard de Formació (ΔH°f)

És la variació d'entalpia que correspon a la formació d'un mol d'una substància en estat estàndard a partir dels seus elements en aquest mateix estat, als quals s'assigna una entalpia zero.

Llei de Hess

Si una reacció es pot realitzar en diverses etapes, reals o teòriques, la seva variació d'entalpia és igual a la suma de les entalpies de reacció d'aquestes reaccions intermèdies.

Entropia (S)

L'entropia, S, és una funció d'estat que mesura el grau de desordre molecular dels sistemes. En termes generals, l'entropia augmenta quan el sistema es desordena i disminueix quan augmenta l'ordre molecular.

Energia Lliure de Gibbs (G)

L'energia lliure de Gibbs, G, relaciona l'entalpia, l'entropia i la temperatura per determinar l'espontaneïtat d'un procés.

ΔG = ΔH - TΔS

• Si ΔG < 0, el procés és espontani.
• Si ΔG > 0, el procés no és espontani (el procés invers serà espontani).
• Si ΔG = 0, es tracta d'un sistema en equilibri.