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El documento presenta una introducción a los principios básicos de la termodinámica. Explica que estudia las reacciones entre calor y otras formas de energía basándose en dos principios: la conservación de la energía y el aumento constante del desorden en el universo. Define conceptos como energía, calor, trabajo, sistema y entorno. También describe las leyes de la termodinámica, la entalpía, entropía y energía libre de Gibbs, y cómo estas variables predicen la espontaneidad de las reacciones químicas
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- 1. UNIDAD NIVELACIÓN: Introducción a la termodinámica PROF. Andrea Mena T. NM4
- 2. Principios Básicos de Termodinámica La termodinámica es una rama de la ciencia que nació a mitad del siglo XIX: Reacciones entre calor y Estudia Otras clases de Energía Se basa en 2 principios Fundamentales: 1.La energía del universo es constante. 2. El desorden del universo aumenta constantemente.
- 3. Conceptos Básicos 1- Energía: Capacidad de un Sistema para producir un trabajo. Sistema T° y P° (Dada) “E” almacenada La “E” es medible ENERGÍA INTERNA Macroscópicamente (U)
- 4. 2- Calor (q): Energía que se transmite de un sistema a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura. Conducción CALOR Convección Radiación
- 5. Conducción Convección Radiación El calor fluye desde Se da en líquidos y Gases. Transferencia de calor que el objeto más caliente La convección tiene lugar no precisa de contacto hasta cuando áreas de fluido entre la fuente y el más frío, caliente ascienden hacia receptor del calor. hasta que los dos objetos las regiones de fluido frío alcanzan a la misma temperatura
- 6. 3- Trabajo (w): acción de modificar un sistema o sus alrededores. S. Inicial Q W S. Final
- 7. Sistema y Entorno • Sistema: Es lo que se desea estudiar, una parte especifica del universo. • Entorno: Es lo que rodea al sistema y es donde se produce el intercambio con el sistema. • Universo: Conjunto de sistema y entorno.
- 8. Tipos de Sistemas • Sistema Abierto: Intercambia materia y energía. • Sistema Cerrado: Intercambia sólo energía y no materia. • Sistema Aislado: No intercambia materia ni energía.
- 10. Primera ley de la termodinámica • No es más que otra manera de expresar el principio de conservación de la energía. Matemáticamente se expresa: ΔU = Q + W.
- 11. • Forma de expresar el principio de conservación de la energía. Aumenta la Sistema absorbe calor Q =+ Energía Interna Disminuye la Sistema libera calor Q =- Energía Interna
- 12. si el sistema W es positivo realiza trabajo el entorno efectúa W negativo Un trabajo Sobre el sist.
- 13. TERMOQUÍMICA • Todas las reacciones químicas transcurren con un intercambio de energía con el medio ambiente. REACCIÓN EXOTÉRMICA REACCIÓN ENDOTÉRMICA Proceso en el que se Proceso que necesita un desprende energía aporte continuo de energía para producirse
- 14. La entalpía: primera variable termodinámica • La entalpía (H) es la medida del contenido calórico de una reacción. • Variación de entalpía (ΔH) intercambio de energía térmica que experimenta un sistema químico con su ambiente, a presión constante. ∆H = (H productos – H reactantes)
- 15. Reacción endotérmica. Reacción exotérmica. Si ΔH > 0 significa que al Si ΔH < 0 significa que el sistema se le ha suministrado sistema libera calor al entorno, calor desde el entorno, disminuyendo su aumentando su contenido contenido calórico, calórico
- 17. Calculo de Entalpia La tostación de la pirita se produce según: 4 FeS2 (s) +11 O2 (g) → 2 Fe2O3 (s) + 8 SO2 (g) Calcule la entalpía de reacción estándar. FeS2(s)= −177,5 kJ/mol Fe2O3= −822,2 kJ/mol SO2= −296,8 kJ/mol
- 18. Ejercicio • Para la siguiente reacción calcular la entalpía de formación: CaC2 (s) + 2H2O (l) ↔ Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g) CaC2 (s) - 60 KJ/mol H2O (l) - 285,83 KJ/mol Ca(OH)2 (s) - 986,1 KJ/mol C2H2 (g) 226,7 KJ/mol
- 19. Ley de Hess • Nos permitirá realizar cálculos algebraicos con los valores de calor de reacción (podemos sumar restar, amplificar) con el fin de obtener variaciones de entalpía de procesos.
- 20. • EJEMPLO: Determinar la entalpía para la reacción de combustión completa del carbono sólido.
- 21. • Determinar la entalpía a 25°C y 1 atm para la reacción de combustión del acetileno.
- 22. EJERCICIOS 1. Calcule la entalpía de formación del CH4(g) a través de la reacción representada por la ecuación química: C(s) + 2 H2(g) ------ CH4(g)
- 23. Calcular el valor de H para la combustión completa de un mol de metano gaseoso.
- 24. ENTROPIA 1896, Ludwig Boltzmann: • Estableció que las transformaciones en la naturaleza buscan: Espontáneamente el camino que les signifique un mínimo consumo de energía, lo que determina el máximo desorden.
- 25. • El concepto desorden aplicado a las transformaciones, es preciso ya que determina la probabilidad de que esto ocurra. ENTROPIA (S) VARIABLE TERMODINAMICA MAYOR ENTROPIA MENOR ENTROPIA GRADO DE DESORDEN DE LA MATERIA MAYOR PROBABILIDAD MENOR PROBABILIDAD DE QUE OCURRA DE QUE OCURRA.
- 26. Segunda Ley: Todo sistema evoluciona espontáneamente en el sentido en que aumente el desorden, es decir, evoluciona espontáneamente para alcanzar la máxima entropía.
- 27. Entropía • Se asocia con el grado de desorden que presenta la materia. • Establece que los procesos en la naturaleza tienden al máximo desorden, con un aumento de entropía. • Se simboliza con la letra “S” ΔS = Variación de Entropía
- 28. Calculo de Entropía Entropía del Sistema Ssist = S° Prod – S° Reactantes
- 29. • Entropía del entorno ΔSent = -ΔHSist/T
- 30. • Entropía del universo ΔSuniv = ΔSsist + ΔSent
- 31. Entropía del Universo ΔSuniv = ΔSsist + ΔSent ΔSent = -ΔHSist/T
- 32. ΔSuniv < 0 Disminución del desorden Proceso no Espontáneo Ej: Líquido - Sólido ΔSuniv > 0 Aumento del desorden Proceso Espontáneo Ejemplo: Liq ---- Gas Solido – Liquido
- 33. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Energía libre de gibbs Variable termodinámica PREDICE LA RELACIÓNA 1876 W. Gibbs ESPONTANEIDAD DE LA ENTROPIA REACCIÓN ENTALPIA
- 34. • Energía Libre de Gibbs (ΔG) se expresa así: • La ΔG es el predictor de la espontaneidad de una Reacción Química.
- 35. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS ESTÁNDAR ∆G = G° PRODUCTOS – G° REACTANTES
- 36. Si: ΔG = 0, La Reacción esta en Equilibrio. ΔG > 0, La Reacción No Ocurre ΔG< 0, La Reacción Ocurre Espontáneamente
- 37. Criterios de Espontaneidad de una Reacción • Como un proceso puede ocurrir independientemente de los valores + o – de entalpía y entropía. La energía Libre es la única variable capaz de definir si es una reacción es espontánea o no. • La energía libre sólo predice si la reacción química ocurre, No predice el tiempo en que se logrará la transformación.
- 38. Resumen