Fundamentos de la Termodinámica y Aplicaciones de la Ley de Hess

La Ley de Hess y la Conservación de la Energía

La Ley de Hess establece que el calor absorbido o desprendido en una reacción química a presión constante es siempre el mismo, independientemente de si el proceso se lleva a cabo en una o varias etapas. Este fenómeno es una consecuencia directa del principio de conservación de la energía.

Procesos Espontáneos

Un proceso espontáneo es aquel que evoluciona con el tiempo liberando energía, normalmente en forma de calor, hasta alcanzar un estado energético más estable.

Principios Fundamentales de la Termodinámica

Principio Cero: Equilibrio Térmico

Supongamos tres sistemas termodinámicos A, B y C. Si A y B están separados por una superficie adiabática y en contacto con C a través de una pared diatérmana, es decir, A y B están separadamente en equilibrio con C, por lo que A y B también están en equilibrio entre sí. En conclusión: si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico con un tercer sistema C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí.

Primer Principio: Conservación de la Energía Interna

Se define mediante la ecuación ΔU = Q + W. La variación de energía interna de un sistema siempre es igual a la suma de la energía que intercambia con su entorno mediante calor (Q) y trabajo (W). Aunque Q y W dependen del tipo de proceso seguido, su suma es independiente de este.

La energía interna es una función de estado; su variación solo depende de los estados inicial y final, pero no de la forma en que se pasa de uno a otro.

Segundo Principio: Entropía y Dirección del Tiempo

Las máquinas térmicas que producen trabajo a partir de calor siempre necesitan un foco térmico que esté a una temperatura inferior a la fuente a alta temperatura. Todo proceso espontáneo aumenta la entropía del universo. Todos los procesos espontáneos suceden en el sentido en que aumenta la suma de la entropía del sistema y la del entorno.

• En caso de procesos reversibles, la variación de entropía es 0.
• Un proceso que disminuya la entropía de un sistema requiere de un aporte energético externo.

Este segundo principio permite establecer una dirección del tiempo: el tiempo transcurre hacia delante y no hacia atrás, lo cual está asociado al aumento de entropía de los fenómenos macroscópicos.

Tercer Principio: El Cero Absoluto

Es posible conocer el valor de la entropía de una sustancia a una temperatura y presión determinadas basándonos en que la entropía es una función de estado. La entropía de una sustancia cristalina perfecta es cero en el cero absoluto de temperatura.