Termoquímica y Termodinámica: Conceptos Clave de Energía y Reacciones
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Termoquímica: Fundamentos y Conceptos Clave
La Termoquímica aplica los principios de la Termodinámica a las reacciones químicas y estudia los cambios de energía que se producen en ellas.
Termodinámica: Principios Fundamentales
La Termodinámica es la rama de la física que estudia las transformaciones de la energía a través de los cambios en las variables macroscópicas de los sistemas físicos.
Conceptos Básicos en Termodinámica
Sistema Termodinámico
Un sistema termodinámico es una porción macroscópica del universo que se aísla para su estudio.
Entorno
El entorno es la parte del universo que rodea al sistema y que puede ejercer alguna influencia sobre él.
Variables de Estado
- Las magnitudes intensivas no dependen de la cantidad de materia y su valor se puede determinar en cualquier punto del sistema. Son la presión, la temperatura, la densidad, la concentración, entre otras.
- Las magnitudes extensivas dependen de la cantidad de materia contenida. Son la masa, el volumen, la energía interna, la entalpía, la entropía.
Funciones de Estado
Son magnitudes que dependen solo del estado del sistema y no del proceso ocurrido en el sistema para alcanzar esa situación. Son la temperatura, la presión, la energía interna, la entalpía, etc. Por ello, la variación de estas magnitudes solo depende de los estados inicial y final del sistema.
El Calor (Q)
El calor es la energía que se transfiere entre un sistema termodinámico y el entorno, o viceversa, debido a la diferencia de temperatura entre ambos. La cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno en forma de calor (Q), debido a la variación de temperatura, viene determinada por la expresión:
- Calor Específico: Es la energía que hay que suministrar a 1 kg de masa para elevar su temperatura 1 K.
- Cambios de Estado: Para que ocurran, hay que suministrar una cantidad de energía al sistema.
- Calor Latente de Cambio de Estado (L): Es la cantidad de calor que hay que suministrar a 1 kg de materia para que experimente un cambio de fase.
La Energía Interna (U)
La energía interna de un sistema, a una determinada presión y temperatura, es la suma de todas las formas de energía que poseen las partículas que constituyen el sistema.
Variación de Energía Interna (ΔU)
La variación de energía interna (ΔU) de un sistema que experimenta un proceso depende del calor (Q) que absorbe o desprende, y del trabajo (W) que realiza el sistema sobre el entorno o que se realiza sobre él: ΔU = Q + W.
La variación de energía interna que experimenta el sistema cuando se produce una reacción química a volumen constante es Qv = ΔU = Ufinal - Uinicial.
La Entalpía (H)
La entalpía (H) de un sistema es la suma de su energía interna más el producto de la presión por su volumen: H = U + pV.
La Energía de Activación
La energía de activación es la energía mínima que deben alcanzar los reactivos para transformarse en productos.