Termoquimica

1. INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

La energía mueve a la sociedad. Los incomparables avances económicos y

tecnológicos del mundo civilizado, están directamente relacionados con el aumento

de la cantidad de energía disponible para llevar a las diversas tareas que antes eran

realizadas mediante el esfuerzo muscular del hombre. La disponibilidad de bienes y

servicios y la producción industrial en general tienen que ver con el consumo de

energía per cápita.

La termodinámica (del griego therme, “calor”; dynamis, “poder”), es la rama de la

física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas

macroscópicos, así como sus intercambios de energía; significa que la

termodinámica es la ciencia mas íntimamente relacionada con las necesidades del

hombre en la sociedad actual por su creciente consumo de energía para producir

bienes y servicios. Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema

macroscópico, que se define como un conjunto de materia que se puede aislar

espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable. Cuando un

sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar

un proceso termodinámico. Las leyes o principios de la termodinámica, descubiertos

en el siglo XIX a través de meticulosos experimentos, determinan la naturaleza y los

límites de todos los procesos termodinámicos.

Existen diferentes formas de energía: el trabajo de fricción de un bloque que se

desliza sobre un plano; la energía eléctrica, magnética, nuclear, la energía

almacenada en un fotón o cuanto de luz, la energía química de un combustible y

muchas otras; todas estas formas de energía caen en el campo del análisis

termodinámico las cuales iremos examinando en la medida que avancemos en la

temática

Los principios de la termodinámica tienen una importancia fundamental para todas

las ramas de la ciencia y la ingeniería. La termodinámica es una teoría de una gran

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generalidad, aplicable a sistemas de estructura muy elaborada con todas las formas

de propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas complejas. Puesto que la

termodinámica se focaliza en las propiedades térmicas, es conveniente idealizar y

simplificar las propiedades mecánicas y eléctricas de los sistemas que

estudiaremos. En nuestro estudio de la termodinámica idealizaremos nuestros

sistemas para que sus propiedades mecánicas y eléctricas sean lo más triviales

posibles. Cuando el contenido esencial de la termodinámica haya sido desarrollado,

será una cuestión simple extender el análisis a sistemas con estructuras mecánicas

y eléctricas relativamente complejas. La cuestión esencial es señalar que las

restricciones en los tipos de sistemas considerados no son limitaciones básicas

sobre la generalidad de la teoría termodinámica y sólo se adoptan meramente para

la simplificación expositiva. Restringiremos nuestra atención a sistemas simples,

definidos como sistemas que son macroscópicamente homogéneos, isotrópicos, y

desprovistos de carga eléctrica, que son lo suficientemente grandes para que los

efectos de frontera puedan ser ignorados, y que no se encuentran bajo la acción de

campos eléctricos, magnéticos o gravitacionales.

El sistema termodinámico más simple se compone de una masa fija de un fluido

isotrópico puro no influenciado por reacciones químicas o campos externos. Tales

sistemas se caracterizan por las tres coordenadas mensurables: presión P, volumen

V y temperatura T y se llaman sistemas PVT.

2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES FUNDAMENTALES.

2.1 Definición de sistema, entorno y universo

Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier

región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de

todo lo demás, lo cual se convierte entonces en el entorno del sistema, otros

autores lo llaman alrededores, Por ejemplo, cuando realizamos una reacción

química en el laboratorio, las sustancias químicas generalmente constituyen el

sistema. El sistema y su entorno forman el universo. La envoltura imaginaria que

encierra un sistema y lo separa de sus inmediaciones (entorno) se llama frontera o

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interfase del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que

sirven para: a) aislar el sistema de su entorno o para b) permitir la interacción de

un modo específico entre el sistema y su ambiente. Llamamos sistema, o medio

interior, la porción del espacio limitado por una superficie real o ficticia, donde se

sitúa la materia estudiada. El resto del universo es el medio exterior. La distinción

entre sistema y entorno es arbitraria: el sistema es lo que el observador ha escogido

para estudiar. Estos conceptos se representan en el esquema 1

Esquema 1

Si la frontera permite la interacción entre el sistema y su entorno, tal interacción se

realiza a través de los canales existentes en la frontera. Los canales pueden ser

inespecíficos para interacciones fundamentales tales como el calor o la interacción

mecánica o eléctrica, o muy específicos para interacciones de transporte.

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2.2 Sistemas aislados, cerrados y abiertos.

Sistema aislado es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su

entorno. Sistema cerrado es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su

entorno,

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