Fundamentos de Termoquímica: Conceptos, Leyes y Procesos Energéticos

Termoquímica

Las reacciones químicas liberan o absorben energía, generalmente en forma de calor (energía térmica). Esta disciplina explica por qué las reacciones tienen lugar y nos permite descifrar la cantidad de calor que liberan y el trabajo que pueden realizar.

Conceptos Básicos de los Sistemas

• Sistema: Lo que quiero estudiar.
• Límite: Donde termina el sistema.
• Universo: Sistema + Entorno.
• Entorno: Lo que rodea al sistema.

Tipos de Sistemas

• Abierto: Intercambia energía y masa, generalmente en forma de calor.
• Cerrado: Solo se intercambia energía.
• Aislado: No intercambia nada.

Los procesos pueden ser exotérmicos (cuando se libera energía) o endotérmicos (cuando absorben energía).

Variables Termodinámicas

Permiten describir un sistema termodinámico mediante magnitudes microscópicas observables y medibles, llamadas variables de estado. Ejemplos: Temperatura (Kelvin y Celsius) y Masa (gramos y kilogramos).

Clasificación de Variables

• Extensivas: Dependen de la cantidad de materia y su valor no se puede definir en cualquier punto del sistema (ej. masa y volumen).
• Intensivas: Son independientes de la cantidad de materia y su valor se puede determinar en cualquier punto del sistema (ej. temperatura y presión).

Procesos Termodinámicos

• Isotérmico: Proceso que se lleva a cabo a temperatura constante.
• Isobárico: Proceso que se lleva a cabo a presión constante.
• Adiabático: Proceso en el cual no hay transferencia de calor, pero sí intercambio de trabajo.
• Isocórico: Proceso que se lleva a cabo a volumen constante.

Conceptos Fundamentales

• Función de estado: Variables que dependen de la situación inicial y final; no importa la trayectoria o el recorrido, llegan al mismo lugar.
• Energía (E): Capacidad de un sistema para generar trabajo (W). Se transfiere al entorno en forma de calor (Q), un proceso térmico que involucra dos o más cuerpos de diferente temperatura.
• Trabajo (W): Es una manifestación de la energía.

Procesos Termoquímicos

Cuando las propiedades de un sistema varían (volumen, temperatura y presión), se produce un cambio de estado:

• Cíclico: Serie que se repite una y otra vez (ej. ciclo del agua).
• Reversible: Puede volver a su estado original.
• Irreversible: No vuelve a su estado original.

Leyes y Entalpía

La 1ª Ley de la Termodinámica tiene como objetivo determinar si la reacción es exotérmica o endotérmica:

• Entalpía de formación (ΔH):
  • ΔH < 0: Exotérmica (-).
  • ΔH > 0: Endotérmica (+).
• Entalpía de enlace: Variación de la entalpía que tiene lugar cuando, en estado gaseoso y condiciones estándar, un mol de moléculas se disocia en sus átomos.

Equilibrio Químico

Se refiere a las reacciones irreversibles y reversibles (directas e indirectas).