Colegio Andrés Bello

Chiguayante

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Jorge Pacheco R.Profesor de Biología y Química

UNIDAD I: TERMOQUÍMICACapítulo 1: FUNDAMENTOS

DE LA TERMOQUÍMICA

UNIDAD I: TERMOQUÍMICACapítulo 1: FUNDAMENTOS

DE LA TERMOQUÍMICA

TERMOQUÍMICATERMOQUÍMICA

APRENDIZAJES ESPERADOS:

• Relacionan reacciones químicas con intercambios de energía.

• Reconocen el primer principio de la termodinámica como un caso particular del principio de la conservación de la energía.

• Aplican el concepto de la entalpía a situaciones de la vida cotidiana.

PREGUNTAS PREVIASPREGUNTAS PREVIAS

• ¿Qué es la Energía?

• Del griego energeia: actividad, operación; energos: fuerza de acción o fuerza trabajando.

• La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc.

PREGUNTAS PREVIASPREGUNTAS PREVIAS

• ¿Qué tipos de energía conoces?

• Energía Potencial.• Energía Cinética.• Energía Química.• Energía Eléctrica.• Energía Térmica.• Energía Magnética.• Energía Nuclear• Energía Radiante.

PREGUNTAS PREVIASPREGUNTAS PREVIAS

• ¿Calor y Temperatura, son lo mismo?

• Calor corresponde a la transferencia de energía entre cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas.

• Temperatura es una medida de la energía cinética de las moléculas de un sistema.

FUNDAMENTOS DE LA TERMODINÁMICA

TERMOQUÍMICATERMOQUÍMICA

• Corresponde al área de la química que estudia las transferencias de calor asociadas a las reacciones químicas.

TERMOQUÍMICATERMOQUÍMICA

SISTEMASISTEMA• El sistema es lo que se desea estudiar, mientras que el

entorno es la zona en la que se produce algún intercambio con el sistema.

• Aquella separación real entre el sistema y el entorno se denominan límites o paredes del sistema, mientras que el conjunto de sistema y entorno se denomina universo.

UNIVERSO

SISTEMA + AMBIENTE = UNIVERSO

SISTEMA ABIERTOSISTEMA ABIERTO• Sistema que intercambian materia y energía con el

entorno.

SISTEMA CERRADOSISTEMA CERRADO• Sistema que intercambian energía pero no materia

con el entorno.

SISTEMA AISLADOSISTEMA AISLADO• Sistema en donde no existe intercambio de energía y

materia con el entorno.

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente

imagen?

SISTEMA CERRADO

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente

imagen?

SISTEMA ABIERTO

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente

imagen?

SISTEMA ABIERTO

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente

imagen?

SISTEMA AISLADO

UNIVERSO

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente

imagen?

SISTEMA ABIERTO

• Las variables termodinámicas se clasifican en dos grandes grupos:

A) Variable Extensiva: Son aquellas variables que dependen de la cantidad de materia, y su valor no se puede definir en cualquier punto del sistema.

B) Variable Intensiva: Son aquellas variables que no dependen de la cantidad de materia y su valor se puede determinar en cualquier punto del sistema.

Ejemplo: Masa y Volumen.

Ejemplo: Densidad y Temperatura.

VARIABLES TERMODINÁMICASVARIABLES TERMODINÁMICAS

VARIABLES TERMODINÁMICASVARIABLES TERMODINÁMICAS

• Para describir el estado de un sistema termodinámico se emplea una serie de magnitudes macroscópicas observables y medibles llamada variables de estado, como: presión, volumen, temperatura, masa o número de mol.

Categoría Variables Símbolo Mecánica Presión y

VolumenP y V

Térmica Temperatura

T

Material Composición química

Xn (Fracción Molar)

VARIABLES TERMODINÁMICASVARIABLES TERMODINÁMICAS

VARIABLES TERMODINÁMICASVARIABLES TERMODINÁMICAS

FUNCIONES DE ESTADOFUNCIONES DE ESTADO

• Entre las variables termodinámicas existen magnitudes llamadas funciones de estado. Estas tienen un valor definido y único que depende solo del estado inicial y final del sistema.

∆X = X final – X inicial

A) Isotérmico: Proceso que se lleva a cabo a temperatura constante.

B) Isobárico: Proceso que se lleva a cabo a presión constante.

TIPOS DE PROCESOSTIPOS DE PROCESOS

C) Adiabático: Proceso en el cual no hay transferencia de calor pero sí intercambio de trabajo entre el sistema y el entorno.

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

ENERGÍA INTERNA (U)ENERGÍA INTERNA (U)

• Corresponde a la totalidad de la energía cinética y potencial de las partículas de un sistema.

• Es una función de estado.

• Es una variable extensiva.

CALOR (Q)CALOR (Q)• Se denomina calor (Q) a la

transferencia de energía que se produce de un sistema a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura.

• El calor fluye desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta que ambos se igualan (equilibrio térmico).

• No es función de estado.

CALOR (Q)CALOR (Q)

CALOR (Q)CALOR (Q)

0Q 0Q

El sistema recibe calor

El sistema pierde calor

TRABAJO (W)TRABAJO (W)• Se define como le energía que se

transfiere entre un sistema y su entorno cuando entre ambos se ejerce una fuerza.

• Matemáticamente se define como el producto de la fuerza (F) aplicada sobre un cuerpo y la distancia (d) que este recorre.

W = F x d• No es función de estado.

TRABAJO (W)TRABAJO (W)

El sistema realiza trabajo sobre el entorno

El entorno realiza trabajo sobre el sistema

W <0

W >0

SISTEMA

Q > 0

W > 0 W < 0

Q < 0

ENERGÍA INTERNAENERGÍA INTERNA

El trabajo se realiza contra el ambiente

El trabajo se realiza sobre el

sistema

El sistema libera calor

El sistema abosrbe calor

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICAPRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA• Principio de la conservación de la

energía, el cual establece que: “la energía en el universo permanece constante”. Esto quiere decir que la energía solo se transfiere entre el sistema y su entorno.

∆U = U sistema + U ambiente

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICAPRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA• El primer principio de la

termodinámica se puede enunciar como: la variación de la energía interna de un sistema es igual al calor absorbido más el trabajo externo realizado por el sistema.

∆U = Q + W

EJEMPLOEJEMPLO• Determina la variación de energía interna para

un sistema que ha absorbido 2990 joule y realiza un trabajo de 4000 joule sobre su entorno.

Según convenio de signos:

Q= 2990 J y W= - 4000 J

∆U = Q + W

∆U = 2990 J + (- 4000 J)

∆U = - 1010 J

Respuesta = El sistema ha disminuido su energía interna en 1010 J.

EJERCICIOEJERCICIO• El trabajo realizado cuando se comprime un gas

en un cilindro, es de 462 J. durante este proceso hay una transferencia de calor de 128 J del gas hacia los alrededores. Determina el cambio de energía para el proceso

Según convenio de signos:

Q= - 128 J y W= 462 J

∆U = Q + W

∆U = - 128 J + 462 J

∆U = 334 J

Respuesta = Como resultado de la compresión y transferencia de calor, la energía interna del gas aumenta

ACTIVIDAD: RESPONDEACTIVIDAD: RESPONDE1. ¿Qué es un sistema termodinámico? Menciona dos

ejemplos para cada tipo de sistemas, es decir, abierto, cerrado y aislado.

2. ¿Cuáles son las principales características de los sistemas abierto, cerrado y aislado?

3. ¿Qué diferencia existen entre las variables intensivas y extensivas?

4. ¿Cuáles de los siguientes conceptos: presión, temperatura, volumen, trabajo, energía y calor, son funciones de estado? justifica tu respuesta.

5. ¿Qué es la energía? Menciona dos ejemplos de aplicación cotidiana, es decir, ejemplos de uso de energía.

6. ¿Qué es una función de estado?

EJERCICIOSEJERCICIOS

1. Un gas se expande y realiza un trabajo sobre los alrededores igual a 325 J. Al mismo tiempo, absorbe 127 J de calor de su alrededor. Determina el cambio de energía del gas.

2. El trabajo realizado para comprimir un gas es de 74J. Como resultado, libera 26 J de calor hacia los alrededores. Determina el cambio de energía del gas.

Muchas GraciasMuchas Gracias

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