CONCEPTOS BASICOS “TERMODINAMICA”

·         La termodinámica es el estudio de las trasformaciones de la energía.

·         El sistema es la parte del universo en que tenemos especial interés.

·         El entorno es la región fuera del sistema, donde realizamos las mediciones.

·         Sistema abierto transfiere energía y materia a través de sus límites. Un sistema cerrado posee límites los cuales  no puede trasferir materia, pero energía sí. Uno aislado es el cual no hay intercambio de energía ni materia.

·         La energía es la capacidad para efectuar un trabajo. La energía interna (dU) es la energía interna de un sistema.

·         El trabajo (dw) es la transferencia de energía por movimiento en contra de una fuerza (F) que se opone, dw= -Fdz; dz=desplazamiento.

·         El calor (dq) es la trasferencia de la energía como resultado de una diferencia de temperatura entre el sistema y el entorno.

·         Un proceso exotérmico libera energía como calor del entorno. Un proceso endotérmico absorbe energía como calor del entorno.

·         Una función de estado es una propiedad que depende solo del estado actual del sistema y es independiente de como ese estado ha sido alcanzado.

·         La primera ley de la termodinámica establece que la energía interna de un sistema aislado es constante, ∆U=q+w.

·         El trabajo de expansión (o comprensión) de un sistema, es dw= -pdV. El trabajo de expansión libre es w=0. El trabajo de expansión contra una presión externa constante es w=-p∆V. El trabajo de una expansión reversible isotérmica de un gas ideal es w= -nRT Ln(V2/V1).

·         Un cambio reversible es un cambio que puede ser revertido por la modificación infinitesimal de una variable.

·         El trabajo máximo se logra en un cambio reversible.

·         La calorimetría es el estudio de la trasferencia del calor durante procesos físicos y químicos.

·         La capacidad calorífica a volumen constante se define como Cv= (əU/əT)v. La capacidad calorífica a presión constante es Cp= (əH/əT)p. Para un gas ideal. Las capacidades caloríficas se hallan relacionadas por Cp-Cv= nR.

·         La entalpia se define como H=U+pV. El cambio de entalpia es la energía transferida como calor a presión constante, ∆H =qp.

·         Durante un cambio reversible adiabático, la temperatura de gas ideal varía de acuerdo a Tf= Ti (Vi/Vf) ᴧ1/c, c=Cv,m/R. La presión y el volumen se hallan relacionadas por pV ᴧ ᵞ = constante, ᵞ=Cp,m/Cv,m.

·         El cambio en la entalpia estándar es el cambio en la entalpia para un proceso en la cual las sustancias inicial y final se hallan en sus estados estándares. El estado estándar es la sustancia pura a 1 bar.

·         Los cambios de entalpia son aditivos, como en ∆sub H°=∆fus H°+∆ vap H°.

·         El cambio de entalpia para un proceso y su inversa se hallan relacionados por ∆directa H°=-∆inversa H°.

·         La entalpia estándar de combustión es la entalpia estándar de reacción para la oxidación completa de un compuesto orgánico a CO2(g) y H2O (l), si el compuesto tiene C,H y O, y a N2(g) si también se halla presente el N.

·         La ley de Hess establece que la entalpia estándar de una reacción global es la suma de las entalpias estándar de las reacciones individuales en las cuales se pueden dividir una reacción.

·         La entalpia estándar de formación (∆fH°)  es la entalpia estándar de reacción para la formación de un compuesto a partir de sus elementos en sus estados de referencia. El estado de referencia es el más estable de un elemento a una determinada temperatura y 1 bar.

·         La entalpia estándar de reacción puede estimarse por combinación de entalpias de formación, ∆fH°=Ʃproductosv∆H°- Ʃreactivosv∆H°.

·         La dependencia de la entalpia de la reacción respecto de la temperatura está dada por la ley de Kirchhoff, ∆rH°(T2)= ∆rH°(T1) + Int.∆rCp°dT ; Int.=Integral.

·         Una diferencial exacta es una cantidad infinitesimal que, cuando se integra, da un resultado que es independiente del camino recorrido entre los estados inicial y final. Una diferencial inexacta es una cantidad infinitesimal que, cuando se integra, da un resultado que depende del camino entre los estados inicial y final.

·         La presión interna está definida πƬ= (əU/əV)T. Para un gas ideal, πƬ= 0.

·         El efecto Joule-Thompson es el enfriamiento de un gas por expansión isoentálpica.

·         El coeficiente de Joule-Thompson se define como μ= = (əT/əp)μ. El coeficiente isotérmico de Joule-Thompson se define como μƬ=(əH/əp)T=-Cpμ.

·         La temperatura de inversión es la temperatura a la cual el confidente de Joule-Thompson cambia de signo.

Trabajo de expansion EJEMPLO 1

Bibliografía:

Atkins Peter, Julio De Paula, “Atkins. Química Física”-8a ed., Buenos Aires: Medica Panamericana,2008.