Fundamentos de Química y Termodinámica: Definiciones Clave

Conceptos Fundamentales de Química y Termodinámica

Clasificación de la Materia

Sustancia Pura

Es aquella que tiene una composición química homogénea e invariable. Puede existir en más de una fase, pero su composición química no cambia. Ejemplo: agua.

Elemento Químico

Son aquellos en los que existe un componente de manera exclusiva. Ejemplos: carbono, oro, calcio.

Compuesto Químico

Presentan varios componentes. Ejemplos: agua, amoniaco.

Propiedades de la Materia

Propiedades Intensivas

Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia.

• Presión
• Temperatura
• Densidad

Propiedades Extensivas

Son aquellas que dependen de la cantidad de materia.

• Masa
• Volumen
• Energía interna

Volumen Específico

Es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es el inverso de la densidad y no depende de la cantidad de materia.

Conceptos Termodinámicos Fundamentales

Estado Termodinámico

Es una condición del sistema y se define por las propiedades fundamentales del sistema, generalmente las propiedades que se observan como la temperatura (T) y la presión (P).

Proceso Termodinámico

Es la trayectoria de estados termodinámicos por los que pasa la materia.

• Isotérmico: Es el que se realiza a temperatura constante.
• Isobárico: Es el que se realiza a presión constante.

Ciclo Termodinámico

Conjunto de procesos que parte de un estado inicial y retorna nuevamente a sus condiciones iniciales, por lo cual se dice que se ha efectuado un ciclo.

Equilibrio y Fuerzas Impulsoras

Equilibrio

Un estado en el cual no hay cambios ni tendencia a que se verifique algún cambio a escala macroscópica. Para que se pierda el equilibrio deben existir fuerzas impulsoras:

Fuerzas Impulsoras

• Fuerzas mecánicas que tienden a provocar la transferencia de energía como trabajo.
• Diferencias de temperatura que tienden a provocar flujos de calor.
• Los potenciales químicos que tienden a provocar que las sustancias reaccionen químicamente o que se transfieran de una fase a otra.

Tipos de Equilibrio

• Equilibrio Térmico: Si la temperatura es la misma en todo el sistema.
• Equilibrio Mecánico: Si la presión es la misma en cualquier punto del sistema.
• Equilibrio Químico: Si su composición química no cambia con el tiempo; no hay reacción química.
• Equilibrio de Fases: Un sistema constituido por dos fases se encuentra en equilibrio de fases cuando la masa de cada fase alcanza un nivel y permanece ahí.

Diagramas de Fase y Estados de Saturación

Diagrama de Fase

Representación gráfica de las condiciones de presión y temperatura bajo las cuales una sustancia pura puede existir en diferentes fases.

• Curva de Vaporización: Coexisten en equilibrio la fase líquida y vapor.
• Curva de Fusión: Coexisten en equilibrio las fases sólida y líquida.
• Curva de Sublimación: Coexisten en equilibrio las fases sólida y vapor.

Punto Crítico (Pc y Tc)

Son la mayor temperatura (T) y presión (P) a las que una especie química pura puede existir en equilibrio líquido-vapor.

Punto Triple

Coexisten en equilibrio las tres fases (sólida, líquida y vapor).

Temperatura de Saturación (Tsat)

Es la temperatura a la cual se efectúa la vaporización (líquido a vapor) a una presión dada y que es única para esa presión.

Presión de Saturación (Psat)

Es la presión a la que ocurre este cambio físico (líquido a vapor) de la materia para una temperatura dada.

Estados de la Sustancia Pura en Relación a la Saturación

• Líquido Saturado: Líquido a temperatura y presión de saturación.
• Vapor Saturado: Vapor que existe a temperatura y presión de saturación.
• Vapor Sobrecalentado: Vapor que está a una temperatura mayor que la temperatura de saturación.
• Líquido Subenfriado: Líquido a una temperatura más baja que la temperatura de saturación y a presión de saturación.
• Líquido Comprimido: Líquido a una presión mayor que la presión de saturación y a la temperatura de saturación.

Calidad (X)

La calidad X de una mezcla líquido-vapor en equilibrio se define como la proporción másica de la fase vapor presente en la masa total de la mezcla. Su valor oscila entre 0 y 1 (0 < X < 1).