Principios Esenciales de la Termodinámica Química: Conceptos y Aplicaciones

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Energía Interna de un Sistema

La energía interna (U) es la suma de todas las energías contenidas en un sistema termodinámico.

Criterio de Signo Termodinámico

En termodinámica, el criterio de signo establece que toda la energía que se aporta al sistema se considera positiva, ya que aumenta su energía interna. Por el contrario, toda la energía que sale del sistema es negativa, pues se realiza a expensas de la energía interna del sistema.

Aplicaciones de la Termodinámica y Concepto de Entalpía

Procesos a Temperatura Constante (Isotérmicos)

En un proceso isotérmico (temperatura constante), la energía interna del sistema no varía (ΔU = 0). El calor (Q) que absorbe el sistema se emplea en realizar un trabajo de expansión, y viceversa (Q = -W).

Procesos a Volumen Constante (Isocóricos)

En un proceso isocórico (volumen constante), no hay trabajo de expansión ni de compresión (W = 0). Por lo tanto, la variación de la energía interna es igual al calor intercambiado a volumen constante (ΔU = Qv).

Procesos a Presión Constante y la Entalpía

La entalpía (H) se define como la suma de la energía interna (U) de un sistema y el producto de su presión (p) por su volumen (V): H = U + pV. Los procesos que ocurren a presión constante son de gran relevancia en química.

Ecuaciones Termoquímicas

Las ecuaciones termoquímicas indican los coeficientes estequiométricos de una reacción, especifican el estado de agregación de las sustancias involucradas y expresan numéricamente el calor intercambiado con el entorno (ΔH).

Energía de Activación

La energía de activación (Ea) es la energía mínima que debe suministrarse desde el entorno a los reactivos para que pueda iniciarse y producirse una reacción química.

Entalpía Estándar de Formación (ΔH°f)

La entalpía estándar de formación (ΔH°f) se define como el cambio de calor que resulta de la formación de un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus estados de agregación más estables, bajo condiciones estándar (25°C y 1 atm de presión).

Entalpía de Combustión

La entalpía de combustión es la variación de entalpía que se produce cuando un mol de una sustancia reacciona completamente con oxígeno en una reacción de combustión.

Ley de Hess

La Ley de Hess establece que si una reacción química puede expresarse como la suma algebraica de otras reacciones, su calor de reacción (ΔH) es igual a la suma algebraica de los calores de las reacciones parciales.

Entalpía de Enlace

La entalpía de enlace es el flujo de calor, en valor absoluto, que acompaña a la formación o ruptura de un mol de enlaces a partir de los átomos aislados en estado gaseoso y a presión constante.

Entropía y el Segundo Principio de la Termodinámica

El Segundo Principio de la Termodinámica establece que no todas las transformaciones energéticas son posibles y relaciona la espontaneidad de un proceso físico-químico con la variación de entropía (ΔS) que tiene lugar. Afirma que, en los procesos espontáneos, la entropía del universo (ΔSuniverso) siempre aumenta.

Tercer Principio de la Termodinámica

El Tercer Principio de la Termodinámica afirma que la entropía de una sustancia en forma de cristal perfecto es nula cuando se encuentra a una temperatura de cero Kelvin (0 K).

Entropía Molar Estándar (S°)

La entropía molar estándar (S°) se refiere al incremento de entropía de un mol de una sustancia en condiciones estándar (25°C y 1 atm) con respecto a la que le correspondería en el cero absoluto.

Energía Libre de Gibbs (G)

La energía libre de Gibbs (G) es una magnitud termodinámica fundamental que se utiliza para predecir la espontaneidad de una reacción química o un proceso físico.

Energía Libre Estándar de Formación (ΔG°f)

La energía libre estándar de formación (ΔG°f) equivale al cambio de energía libre necesario para formar un mol de un compuesto a partir de sus elementos en su estado fundamental, bajo condiciones estándar de presión y temperatura (25°C y 1 atm).

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