Conceptos Fundamentales de Termodinámica y Fisicoquímica

Temario de Fisicoquímica

Conceptos de Trabajo, Energía y Calor

Definición de Trabajo en Física

Conceptual y matemáticamente, el trabajo es la capacidad de trabajo que tiene un cuerpo o sistema de cuerpos. Cuando la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares, el trabajo es 0. Si la fuerza y el desplazamiento están en sentidos contrarios, el trabajo es negativo.

Fórmula: W = |F| |S| cos θ

Definición de Trabajo en Termodinámica

Conceptual y matemáticamente, el trabajo en termodinámica siempre representa un intercambio de energía entre un sistema y su entorno.

Fórmula (cuando Pext es constante): W = -Pext (Vf - Vi)

Definición de Energía

La capacidad de trabajo que tiene un cuerpo o sistema de cuerpos.

Tipos de Energía

• Energía interna sensible
• Energía interna química
• Energía interna nuclear

Ley de Conservación de la Energía

La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. La suma de las energías es constante.

Definición de Calor

Conceptual y matemáticamente, es la medida de la transferencia de energía térmica que puede determinarse por medio del cambio de la temperatura. Si entra calor al sistema es positivo, si sale es negativo.

Fórmula: Q = cm ΔT

Capacidad Térmica

Es una constante que permite que el calor sea directamente proporcional al producto de la masa por el cambio en la temperatura.

Capacidad Térmica Específica

Es una característica intensiva del material (no depende de la cantidad de sustancia del sistema) que compone al sistema. No son propiedades aditivas. P. ej., punto de ebullición y fusión.

Procesos Termodinámicos

Trabajo en Expansión Libre

El trabajo es igual a 0.

Trabajo en un Proceso Reversible e Isotérmico

Un proceso es reversible si, después de que ocurre, tanto el sistema como el entorno pueden, por cualquier medio posible, regresar a su estado original. Cualquier otro proceso se conoce como irreversible.

Fórmula (Proceso reversible e isotérmico): Wrev = -nRT Ln (Vf/Vi)

Definición de Proceso Reversible

Un proceso es reversible si, después de que ocurre, tanto el sistema como el entorno pueden, por cualquier medio posible, regresar a su estado original.

Definición de Proceso Isotérmico

Si la temperatura es constante, el proceso es isotérmico.

Definición de Proceso Adiabático

Proceso en el cual un sistema no intercambia calor con su entorno. Si no hay intercambio de calor, el calor es igual a 0.

Propiedades de los Sistemas

Definición de Característica Extensiva

Depende de la cantidad de sustancia.

Definición de Característica Intensiva

Las propiedades que son independientes de la sustancia contenida dentro de las fronteras del sistema.

Definición de Energía Interna

Es el resultado de la energía cinética de las moléculas o átomos que lo constituyen, de sus energías de rotación y vibración, además de la energía potencial intermolecular debida a las fuerzas de tipo gravitatorio, electromagnético y nuclear que constituyen conjuntamente las interacciones fundamentales. Su símbolo es U.

Leyes de la Termodinámica

Primera Ley de la Termodinámica (Energía Interna Constante)

Conceptual y matemáticamente para un sistema donde la energía interna es constante: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Fórmula: ΔU = Uf - Ui = 0

Primera Ley de la Termodinámica (Energía Interna Variable)

Conceptual y matemáticamente para un sistema donde la energía interna es variable: El cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor añadido al sistema menos el trabajo realizado por el sistema.

Fórmula: ΔU = q + w

Definición de Entalpía

Es la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.