Termodinámica

La parte de la química que estudia las relaciones entre la

energía y los cambios químicos se llama Termodinámica

Química.

� En todo proceso termodinámico se debe especificar el estado inicial y el estado final.

� En ciencias es necesario aislar lo que se quiera estudiar para definir claramente los fenómenos que le ocurren.

� Así podemos estudiar un sistema termodinámico.

Análisis de la sala de clases:

Tipos de sistemas:

Las propiedades son funciones

de estado.

� Volumen� Masa� Temperatura� Presión� Nº de moles� Densidad� Color� Composición, � otras, que permitan caracterizar el estado

de un sistema.

� Sistemas termodinámicos.

� Obj. de hoy: Un sistema se distingue por sus propiedades, hoy estudiaremos otro

sistema termodinámico.

Las Las Las Las propiedadespropiedadespropiedadespropiedades pueden ser pueden ser pueden ser pueden ser

extensivas e intensivasextensivas e intensivasextensivas e intensivasextensivas e intensivas

� Una propiedad intensiva es aquella que es independiente de la materia.

� Es decir, tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsiste-mas del mismo.

� Por ejemplo: si deseo medir la densidad de 15 litros de acetona, el valor será el mismo si la mido en todo el volumen o tomo una parte de él.

� Una propiedada extensiva es aquella que sidepende de la materia. Es decir una magnitud cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describe.

� Por ejemplo: el volumen de un líquido.

Estudio de un sistema

termodinámico.� Suponga que un grupo de compañeros realizó

el estudio del siguiente sistema termodinámico:

� Un vaso con 125 ml de alcohol (etanol, d= 0,75

g/ml) que se encuentra a 48ºC , en el interior de un vaso con hielo picado.

� La masa del alcohol es de 93,75 g.

� La presión atmosférica es:

.

� Los alumnos miden la temperatura del siste-ma cada 3 minutos y registran los valores en una tabla de datos.

� Finalmente miden las variables del estado final observando que el V = 121 ml, la masa = 90,75 g y la densidad se mantiene constante.

817

209

276

1810

1214

Tempera

tura (ºC)

Tiempo (min)

521

353

480

� 1.- Anote las propiedades del sistema (composición, masa, nº moles, volumen, temperatura, presión, densidad) para el estado inicial y final en un cuadro.

� 2.- Realice un gráfico con los datos.

� 3.- Señale si la curva es directa o inversa, justifique.

� 4.- Clasifique el sistema, justifique.

� 5.- De acuerdo al intercambio de calor, clasifique, justifique.

� 6.- Nombre las propiedades intensivas y las extensivas.

Energía, trabajo, calor

� Obj. de hoy: Relacionar el trabajo realizado con el intercambio de calor en un sistema.

La energía mueve al mundo:

� Energía es una magnitud que estáasociada a los objetos y las sustancias, y se define como la capacidad de realizar un trabajo (wwww). Se caracteriza por estar en

constante transformación y se mide en joules. (1 caloría = 4,184 joules)

� Algunos tipos de energía:

� Nombre algunas transformaciones.

Transformación de la energía:

� Desde el punto de vista mecánico, se formulan dos tipos de energía:

� Cinética, propia de los cuerpos en movimiento.

� Potencial: es propia de la posición que ocupa un cuerpo respecto a un campo de fuerza.

� Analicemos la situación:

.

Explique en su cuaderno esta

transformación de energía:

¿Cuánto sabemos de energías?Relacione el concepto de la columna M con la transformación energética de la columna E

� Columna M columna E

� 1. utilizar una plancha __ E solar en E eléctrica

� 2. caer 1 gotera de agua __ E química a E eléctrica

� 3. utilizar una pila __ E lumínica en E química

� 4. uso de paneles solares __ E potencial a E cinética

� 5. proceso de fotosíntesis __ E eléctrica en E térmica

� Trabajo: Es el resultado de aplicar una fuerza sobre un cuerpo de modo que se produzca movimiento.

� Todo trabajo gasta

energía (se transfiere). La energía es igual al trabajo que se puede realizar.

w = F . d

Magnitudes:

� El w se mide en Joules. Un joule es la cantidad de trabajo hecho por la fuerza de un newton para mover un objeto un metro de distancia. (1j = 1Nm)

� Resuelva el siguiente problema:

� ¿Cuál es el trabajo realizado si aplico una fuerza de 3,5 Newton para desplazar un mueble 2,2 metros?

� Si realizamos un trabajo para mover el auto, sentimos calor y este calor se transfiere a nuestro entorno.

� ¿Y que es calor?

Calor: transferencia de energía.

� Si un sistema se encuentra a 20ºC de temperatura y el entorno está a 12ºC, entonces se produce una transferencia de energía o calor (q) debido a que la temperatura de ambos es distinta.

� (La temperatura es una magnitud que permite medir la sensación de calor o frío.)

20 ºC

12ºC

� De esta premisa sale la Ley cero de la Termodinámica, que establece que existe una temperatura empírica para todos los estados de equilibrio.

� Esto es: si se ponen en contacto dos cuerpos de diferente temperatura, habrá traspaso de calor hasta que las temperaturas se igualen.

Síntesis: Calor y trabajoCalor y trabajoCalor y trabajoCalor y trabajo

Necesito hacer mucha fuerza para

realizar trabajo.

son dos tipos de energía en tránsito,

es decir, energía que pasa de un cuerpo a otro.

Ambas se miden en la

misma unidad, joules.

El calor se transfiere entre

dos cuerpos que tienen diferente

temperatura.

Diferencias

El trabajo se transfiere entre dos cuerpos cuando

se realizan fuerzas que provocan desplazamientos o cambios dimensionales.

Similitudes

Sigamos con calor y energía:

� Obj. de hoy: Identificar los conceptos de exo y endotérmico en relación a la energía.

Suponga que tiene una taza de

cafecito caliente, lo revuelve con

una cuchara, y …… lo llama su mamá

para que saque la basura a la calle,

mira los perros jugando, y luego

vuelve a tomarse el cafecito.

Calor específico:

� La cantidad de energía que absorbe un cuerpo depende de su capacidad calorífica o calor específico.

� c.e. = cantidad de calor necesaria para subir en 1 grado la temperatura de 1 g de sustancia.

.

c.e. = cantidad de calor transferido

masa sustancia x variación temperatura

� Tabla de datos:

Calor especifico = qm x T

q = Calor especifico m x T

4,18H2O

0,14Hg

0,45Acero

2,2CH4

Calor específico (joules/g ºC)

sustancia

Problemas por resolver:

� 1.- Si desea subir la temperatura de 150 g de agua en 10ºC, calcule cuanto calor debe suministrar al sistema.

� 2.- Ahora, si necesita subir la temperatura de una cuchara de acero de 150 g, en 10º C, calcule la cantidad de calor necesaria.

� 3.- Compare y explique diferencias.

Energía interna de un sistema:

� La energía interna (U) corresponde a la sumatoria de todas las energías cinéticas y potenciales de un sistema.

� No se puede determinar la energía interna en un momento dado, solo se puede medir los cambios ocurridos.

� Así, se define la variación de energía interna como la diferencia entre la energía final y la inicial:

= U final - U inicial

Un sistema puede intercambiar

energía con su entorno, en forma de

calor o trabajo.

� La energía interna de un sistema cambia cuando se produce un intercambio térmico en forma de calor (q) o trabajo (w).

� A esta relación se le conoce como Primera Ley de la termodinámica.

.

sistema endotérmico, U > 0

sistema

Ingresa calor + q

Sale calor- q

El sistema hace trabajo sobre el

entorno -w

Se realiza trabajo sobre el sistema

+ w

Proceso

endotérmico

U > 0

Proceso exotérmico

U < 0

� Cuando la variación de calor se produce a presión constante (qp cte ), este calor recibe el nombre de cambio o variación de Entalpía. H

� La variación de entalpía (del griego significa calentar), se refiere al calor absorbido o liberado y es una función de estado.

� Si H > 0 el proceso es exotérmico

� Si H < 0, el proceso es endotérmico

U = H + w

Ahora:

� Analizaremos ejercicio resuelto de pág

33- 34 del texto.

� Realizar, en grupos de dos compañeros,

el desafío que aparece en pág 34 y

entregar en próxima clase.

+ q

- w