Termodinámica De Quimica

Principios de la Termodinámica Química.

-Principio cero de la termodinámica:

Cuando dos sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio cero de la termodinámica, que afirma que si dos sistemas distintos están en equilibrio termodinámico con un tercero, también tienen que estar en equilibrio entre sí. Esta propiedad compartida en el equilibrio es la temperatura.

La temperatura se mide con un termómetro. Un termómetro se construye a partir de una sustancia con estados fácilmente identificables y reproducibles, por ejemplo el agua pura y sus puntos de ebullición y congelación en condiciones normales. Si se traza una escala graduada entre dos de estos estados, la temperatura de cualquier sistema se puede determinar poniéndolo en contacto térmico con el termómetro, siempre que el sistema sea grande en relación con el termómetro.

-Primer principio de la termodinámica:

El primer principio es una ley de conservación de la energía. Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse dejando a un lado las posteriores ramificaciones de la equivalencia entre masa y energía; la cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor más la cantidad de energía transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energía interna del sistema. El calor y el trabajo son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí.

Cuando un sistema se pone en contacto con otro más frío que él, tiene lugar un proceso de igualación de las temperaturas de ambos.

-Segundo principio de la termodinámica:

No es posible desarrollar un sistema que opere según un ciclo termodinámico de manera que ceda una cantidad neta de trabajo a su entorno si recibe calor de una única fuente térmica.

El segundo principio impone una condición adicional a los procesos termodinámicos. No basta con que se conserve la energía y cumplan así el primer principio. Una máquina que realizara trabajo violando el segundo principio se denomina "móvil perpetuo de segunda especie", ya que podría obtener energía continuamente de un entorno frío para realizar trabajo en un entorno caliente sin coste alguno. A veces, el segundo principio se formula como una afirmación que descarta la existencia de un móvil perpetuo de segunda especie.

-Tercer principio de la termodinámica:

El tercer principio de la termodinámica afirma que el cero absoluto no se puede alcanzar por ningún procedimiento que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a él.

Termoquímica.

La termoquímica trata de las cantidades de calor que acompañan a las reacciones químicas bajo determinadas condiciones. En algunos casos tenemos reacciones que liberan calor al generar los productos, a estas se las llama exotérmicas. En otros las reacciones para que se produzcan necesitan de un suministro de calor para que se puedan producir. Se las llama endotérmicas. Estas cantidades de calor se pueden medir mediante un parámetro termodinámico muy conocido. La variación de entalpia. Su símbolo es ∆H. Por definición es la variación de calor de un sistema en una transformación a presión constante. La convención más aceptada es la siguiente.

Reacciones exotérmicas: Liberan calor. ∆H negativo.

Reacciones endotérmicas: Absorben calor. ∆H positivo.

Estado de un Sistema.

Se refiere a los valores de todas las propiedades macroscópicas pertinentes (composición, energía, temperatura, presión y volumen) donde la energía, temperatura, presión y volumen están determinados por el estado en el que se encuentra el sistema. Depende del estado inicial y del estado inicial y final.

Cuando se han especificado las variables necesarias para describir al sistema se dice que se ha particularizado el estado del sistema. Un sistema se encuentra en estado definido cuando todas sus propiedades poseen valores específicos. Si a su vez estos valores no cambian con el tiempo, el sistema se dice que está en equilibrio termodinámico, para el cual no existe un flujo de masa o energía. El equilibrio termodinámico se establece una vez que el sistema alcanza otro tipo de equilibrios.

Para comprobar si un sistema está en equilibrio habría que aislarlo (imaginariamente) y comprobar que no evoluciona por sí solo.

Clasificación de los sistemas en cuanto a la fase.

Pueden ser:

Homogéneos: Presentan la misma composición química e iguales propiedades en todos sus puntos. Presentan una sola fase que puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso.

Heterogéneos: No son uniformes, presentan una estructura y una composición diferente en distintos puntos. Esto provoca que tengan 2 o más fases.

Diagrama de Fases.

El diagrama de fases es un gráfico de la presión frente a la temperatura que muestra los intervalos en los que pueden existir las distintas etapas de un proceso.

En los diagramas de fases se indica los intervalos de existencia de estas (gaseosa, líquidas, sólidas) en función de la presión del vapor (o presión mecánica sobre el sistema) y de la temperatura.

Regla de la Fase de Gibbs.

Puede serle muy útil para establecer cuántas propiedades, como presión y temperatura, es necesario especificar para fijar detenidamente todas las propiedades restantes y el número de fases que pueden coexistir en cualquier sistema físico. La regla solo puede aplicarse a sistemas en equilibrio. La regla de las fases de Gibbs nos dice que:

F = C - P + 2

Donde F = es el número de grados de libertad (es decir, el número de propiedades independientes que es preciso especificar para determinar todas las propiedades intensivas de cada una de las fases del sistema de interés.)

C = es el número de componentes del sistema: en los casos en que intervienen reacciones químicas, C no es idéntico al número de compuestos químicos del sistema, sino que es igual al número de compuestos químicos menos el número de reacciones independientes y otras relaciones de equilibrio entre esos componentes.

P = es el número de fases que pueden existir en el sistema; una fase es una cantidad homogénea de material como un gas, un líquido puro, una disolución o un sólido homogéneo.

La regla de las fases de Gibbs fue derivada de los principios de la termodinámica por Josiah Willard Gibbs hacia 1870.

Determinación del Punto Triple.

El Punto Triple da en condiciones de temperatura y presión a las que pueden coexistir en el equilibrio las tres fases de una sustancia pura: Sólida, Líquida, Y Gaseosa.

A diferencia del punto de congelación y del punto de ebullición, que depende de la presión, el punto triple es una propiedad fija. Se utiliza para definir el kelvin. La unidad de temperatura termodinámica. Por definición, hay exactamente 273.16 k entre el punto triple del agua y el cero absoluto.

Curva de calentamiento y enfriamiento del átomo.

*Son gráficas que representan la variación de temperatura con el tiempo al calentar o enfriar una sustancia.

*Estas curvas reflejan que mientras se produce un cambio de estado la temperatura no varía.

*Esto se debe a que toda la energía se destina a provocar el cambio de estado.

*En los cambios de estado se consume o desprende mucha energía (calor latente de cambio de estado), mucha más de la que se emplea o desprende al calentar o enfriar la sustancia sin que se produzca un cambio de estado (calor específico).

*El calor específico de una sustancia es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de esa sustancia para elevar un grado centígrado su temperatura.

Grados de libertad o varianza.

Grados de libertad, expresión introducida por Ronald Fisher, dice que, de un conjunto de observaciones, los grados de libertad están dados por el número de valores que pueden ser asignados de forma arbitraria, antes de que el resto de las variables tomen un valor automáticamente, producto de establecerse las que son libres, esto, con el fin de compensar e igualar un resultado el cual se ha conocido previamente. Se encuentran mediante la fórmula , donde =número de sujetos en la muestra que puede tomar un valor de forma libre y es el número de sujetos cuyo valor dependerá del que tomen los miembros de la muestra que son libres. También pueden ser representados por , donde =número de grupos, esto, cuando se realizan operaciones con grupos y no con sujetos individuales.

Cuando se trata de eliminar los estadísticos con un conjunto de datos, los residuos -expresados en forma de vector- se encuentran habitualmente en un espacio de menor dimensión que aquél en el que se encontraban los datos originales. Los grados de libertad del error los determina, precisamente, el valor de esta menor dimensión.

Calorimetría

La calorimetría es la ciencia de medir el calor de las reacciones químicas o de los cambios físicos. El instrumento utilizado en calorimetría se denomina calorímetro. La palabra calorimetría deriva del latino "calor". El científico escocés Joseph Black fue el primero en reconocer la distinción entre calor y temperatura, por esto se lo considera el fundador de calorimetría.

Fue mediante calorimetría que Joule calculó el equivalente mecánico del calor demostrando con sus experiencias que 4.18 J de cualquier tipo de energía equivalen a 1 caloría.

La calorimetría

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