Fundamentos de Termodinámica y Termoquímica: Conceptos Clave y Ecuaciones

Fundamentos de Termodinámica y Termoquímica

Sistema (i) ⇒ sistema (f) trabajo o calor (entorno)

En una transformación, la energía varía porque se intercambia con el sistema y el entorno. Debe ocurrir en forma de calor.

Calor (Q) (no es función de estado) es la transferencia de energía por la diferencia de temperatura. Se transfiere de mayor a menor hasta el equilibrio.

Entalpía Estándar (ΔHºF) es la cantidad de energía liberada o absorbida que resulta de la formación de un mol de un compuesto en condiciones estándar.

Ec1: 2C(g) + 2H2(g) ⇒ C2H4(g) ΔHºF = 52,3 kg/mol

El valor de ΔHºF es la medida cuantitativa de la estabilidad de un compuesto respecto a sus elementos.

En la ecuación 1 es positivo, por lo que es más inestable (libera calor). Si fuera negativa, absorbe calor y es inestable.

Sistema aislado (ideal): no se transfiere energía ni calor, no existe en la realidad.

Variables Termodinámicas

De estado: Permiten la reconstrucción de condiciones. Las magnitudes son observables, visibles y medibles (presión, volumen, nº de moles, masa, temperatura).

Clasificación de las Variables Termodinámicas

• Extensivas: Dependen de la cantidad de materia y su Q no se puede definir (masa, calor, volumen).
• Intensivas: Son independientes de la cantidad de materia y su calor es medible (densidad, temperatura y presión).

Función de estado (Δ): no importa el proceso, solo el estado final. Tienen un valor definido y único por cada estado del sistema.

Termoquímica: Cambios de calor y energía.

Termodinámica: Relación del calor con otras formas de energía.

Sistema termodinámico: Aísla la materia con límites reales o ficticios.

Sistema + entorno = universo

Sistema abierto: Traspasa energía y materia con el entorno (taza de café).

Sistema cerrado: Solo traspasa energía (taza tapada).

Tipos de Procesos

• Isométrico: Temperatura constante.
• Isobárico: Presión constante.
• Adiabático: No hay transferencia de Q, pero sí de trabajo entre el sistema y el entorno.

Energía (E): Capacidad de un sistema de producir trabajo. A temperatura y presión determinada, posee energía interna.

Energía interna (U): Función de estado, es una variable extensiva, depende de la masa del sistema. Equivale a la energía cinética y potencial de las partículas.

Ecuaciones Termoquímicas

N2(g) + 3H2(g) ⇒ 2NH3(g) ΔH (entalpía) -22,0 kcal

N2(g) + 3H2(g) - 22 kcal ⇒ 2NH3(g)

N2(g) + 3H2(g) ⇒ 2NH3(g) + 22.0 kcal

Las funciones de estado se relacionan entre sí mediante una reacción de estado.

Y para un gas ideal: Presión * Volumen = nº moles * constante (R) * Temperatura

Entalpía Estándar de Reacción (ΔHrº)

Variación de entalpía de una reacción de estado estándar.

aA + bB ⇒ cC + dD

ΔHrº está dado por: ΔHr = Σn * ΔH (productos) - Σn * ΔH (reactivos)

ΔHrº = [cΔhrº(C) + dΔhrº(D)] - [aΔhrº(A) + bΔhrº(B)] donde m y n son los coeficientes estequiométricos.