Energía, calor y trabajo





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¿Por qué necesitamos saber esto? La Termodinámica es esencial para la física: nos permite estudiar maquinas termicas, transiciones de fase, agujeros negros... La Termodinámica es esencial para la química. Explica por qué las reacciones tienen lugar y nos permite predecir la cantidad de calor que liberan y el trabajo que pueden realizar. Forma parte de nuestras vidas, ya que el calor emitido por los combustibles al quemar y los recursos energéticos aportados por los alimentos que ingerimos, están gobernados por principios termodinámicos. ¿Qué conocimientos previos necesitamos? El concepto de energía y sus diversas formas de manifestarse.

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Objetivos: Distinguir entre los diferentes tipos de sistemas químicos. Establecer y explicar las implicaciones del Primer Principio de la Termodinámica. Escribir una ecuación termoquímica. Distinguir entre energía interna y entalpía de un proceso, así como se mide cada una. Establecer y explicar las implicaciones del Segundo y Tercer Principios de la Termodinámica. Calcular la entalpía de reacción global en diferentes condiciones experimentales, la entropía estándar de reacción y la variación de energía libre de un proceso. Utilizar el cambio de energía libre para determinar la espontaneidad de un proceso a una temperatura dada.

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El objeto de la Termodinámica es el estudio de la energía y sus transformaciones, entendida esta como la capacidad de un sistema para realizar un trabajo o para suministrar calor. Sistema y entorno SISTEMA ENTORNO ENERGÍA

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Ejemplo: sistemas químicos Cuestión 1

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En termodinámica, la descripción del estado de un sistema se realiza mediante los valores de determinadas propiedades macroscópicas denominadas variables termodinámicas, tales como p, V, T, m, ... No todas estas variables son independientes, basta conocer los valores de un pequeño número de ellas para caracterizar el sistema. Estas variables independientes se denominan variables de estado. Toda función que pueda expresarse con ayuda de las variables de estado se denomina función de estado del sistema.

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Funciones de estado Una función de estado es cualquier propiedad que tiene un único valor cuando el estado del sistema está definido. Una muestra de agua a 293,15 K y a la presión de una atmósfera está en un estado especificado. d = 0,99820 g/mL. Esta densidad es una función única del estado. No importa cómo se haya establecido el sistema.

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Variación de la función de estado ?F F F = función de estado

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Calor Calor es la energía que se intercambia entre un sistema y sus alrededores como resultado de una diferencia de temperaturas. El calor fluye desde el cuerpo más caliente hasta el cuerpo más frío: La temperatura puede experimentar una variación. El estado de la materia puede cambiar (proceso isotérmico). Calorías (cal): La cantidad de calor necesaria para variar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua. Julio (J): SI es la unidad de energía básica para el calor. 1 cal = 4,184 J

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Capacidad calorífica. C La cantidad de calor necesaria para modificar un grado la temperatura de un sistema. Capacidad calorífica molar: El sistema es un mol de sustancia. q = n x C x ?T Capacidad calorífica específica, c. El sistema es un gramo de sustancia. q = m x c x ?T (Gp:) (Gp:) Si ?T > 0 entonces q > 0 el sistema absorbe o gana energía en forma de calor. Si ?T
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Si aplicamos el principio de conservación de la energía: qsistema + qalrededores = 0 qsistema = -qalrededores EL CALOR NO ES UNA FUNCIÓN DE ESTADO

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Determinación del calor específico

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Determinación del calor específico a partir de datos experimentales. (Gp:) qplomo = -qagua (Gp:) qagua = mc?T = (50,0 g)(4,184 J/g ºC)(28,8 – 22,0)°C (Gp:) qagua = 1,4x103 J (Gp:) qplomo = -1,4x103 J = mc?T = (150,0 g)(c)(28,8 – 100,0)ºC (Gp:) cplomo = 0,13 Jg-1°C-1 Cuestión 2