Ley de la conservacin de la materia

En el ao 1745, Mijal Lomonosov enunci la ley de conservacin de la materia de la siguiente manera:En una reaccin qumica ordinaria donde la masa permanece invariable, es decir, la masa presente en los reactivos es igual a la masa presente en los productos. En el mismo ao, y de manera independiente, el qumico Antoine Lavoisier propone que la materia no se crea ni se destruye, slo se transforma. Es por esto que muchas veces la ley de conservacin de la materia es conocida como ley de Lavoisier-Lomonosov.

Estos cientficos se referan a la materia msica. Ms adelante se observ que en algunas reacciones nucleares existe una pequea variacin de masa. Sin embargo, esta variacin se explica con la teora de la relatividad de Einstein, que propone una equivalencia entre masa y energa. De esta manera, la variacin de masa en algunas reacciones nucleares estara complementada por una variacin de energa, en el sentido contrario, de manera que si se observa una disminucin de la masa, es que sta se transform en energa, y si la masa aumenta, es que la energa se transform en masa.

Principio de conservacin de cantidad de movimiento (segunda ley de Newton)La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice quela fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleracin que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es lamasa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relacin de la siguiente manera:F = m aTanto la fuerza como la aceleracin son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, adems de un valor, una direccin y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:F= maLa unidad de fuerza en elSistema Internacionales elNewtony se representa porN. UnNewtones la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo deun kilogramo de masapara que adquiera una aceleracin de1 m/s2, o sea,1 N = 1 Kg 1 m/s2La expresin de la Segunda ley de Newton que hemos dado es vlida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es vlida la relacinF= m a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.Para ello primero vamos a definir una magnitud fsica nueva. Esta magnitud fsica es lacantidad de movimientoque se representa por la letrapy que se define como el producto de lamasa de un cuerpo por su velocidad, es decir:p= m vLa cantidad de movimiento tambin se conoce comomomento lineal. Es una magnitud vectorial y, en elSistema Internacionalse mide enKgm/s. En trminos de esta nueva magnitud fsica, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:La Fuerza que acta sobre un cuerpo es igual a la variacin temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir,F= dp/dtDe esta forma incluimos tambin el caso de cuerpos cuya masa no sea constante. Para el caso de que la masa sea constante, recordando la definicin de cantidad de movimiento y que como se deriva un producto tenemos:F= d (mv)/dt = mdv/dt + dm/dt vComo la masa es constanteDm/dt = 0Y recordando la definicin de aceleracin, nos quedaF= maTal y como habamos visto anteriormente.Otra consecuencia de expresar laSegunda ley de Newtonusando la cantidad de movimiento es lo que se conoce comoPrincipio de conservacin de la cantidad de movimiento. Si la fuerza total que acta sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:0 = dp/dtes decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo es cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser constante en el tiempo (la derivada de una constante es cero). Esto es elPrincipio de conservacin de la cantidad de movimiento:si la fuerza total que acta sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo permanece constante en el tiempo.

Principio de conservacin de la energa (1 ley de la termodinmica)

Laprimera ley de la termodinmica, que se conoce como el principio de conservacin de la energa, seala que, si un sistema hace un intercambio de calor con otro, su propia energa interna se transformar. El calor, en este sentido, constituye la energa que un sistema tiene que permutar si necesita compensar los contrastes surgidos al comparar el esfuerzo y la energa interior.

Matemticamente, elPrimer Principio de la Termodinmicadetermina cmo afectan los intercambios de calor, Q, y trabajo, W, a la energa global de un sistema. Es por este motivo que la transferencia de energa en forma de calor y la transferencia de energa en forma de trabajo las hemos tratado en dos apartados previos de teora.As, la ecuacin matemtica del Primer Principio es:

Siendo, segn elcriterio de signos establecido por la IUPAC, y explicado en el apartado 3, positivo el calor y el trabajo que entra o se realiza sobre el sistema, y negativo el calor que sale del sistema o el trabajo realizado por el mismo

Principio de entropa (2 ley de termodinmica)

La segunda ley de la termodinmica da una definicin precisa de una propiedad llamada entropa. La entropa puede considerarse como una medida de lo prximo o no que se halla un sistema al equilibrio; tambin puede considerarse como una medida del desorden (espacial y trmico) del sistema. La segunda ley afirma que la entropa, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuracin de mxima entropa, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La naturaleza parece pues "preferir" el desorden y el caos. Puede demostrarse que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir calor desde una regin de temperatura ms baja a una regin de temperatura ms alta.Entropa: Es una funcin del estado del sistema, ya que tiene un valor nico para cada estado, independiente de cmo el sistema llego a dicho estado.

S = Q/TLa entropa es una propiedad intrnseca del S T D relacionada fundamentalmente con parmetros mensurables que la caracterizan.dS = dQ/TdS: entropa del S T D.dQ: intercambio de energa trmica entre el medio y el S T D.T: temperatura a la que se registra el intercambio de energa trmica entre el medio y el S T D.La expresinpermite el clculo de variaciones pero no el conocimiento de valores absolutos.La variacin entrpica en cualquier S T D y su ambiente considerado conjuntamente es positiva, tendiendo a cero en los procesos reversibles.STotal0 (proceso irreversible)S = 0 (proceso reversibleEcuacin del estado del gas idealECUACIONES DE ESTADOElestadode una cierta masa m de sustancia est determinado por su presin p, su volumen V y su temperatura T. En general, estas cantidades no pueden variar todas ellas independientemente.Ecuacin de estado:V = f (p, T, m)El trminoestadoutilizado aqu implica un estado deequilibrio, lo que significa que la temperatura y la presin son iguales en todos los puntos. Por consiguiente, si se comunica calor a algn punto de un sistema en equilibrio, hay que esperar hasta que el proceso de transferencia del calor dentro del sistema haya producido una nueva temperatura uniforme, para que el sistema se encuentre de nuevo en un estado de equilibrio.LEY DE LOS GASES IDEALESLa teora atmica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican. Las molculas tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscpicos estn asociados con el concepto de orden macroscpico. Las molculas de un slido estn colocadas en una red, y su libertad est restringida a pequeas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscpico. Sus molculas se mueven aleatoriamente, y slo estn limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene.Se han desarrollado leyes empricas que relacionan las variables macroscpicas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presin (p), el volumen (V) y la temperatura (T). A bajas presiones, las ecuaciones de estado de los gases son sencillas:La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presin.

p1.V1= p2.V2

La ley de Charles y Gay Lussac afirma que el volumen de un gas a presin constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

V1/T1= V2/T2

Otra ley afirma que a volumen constante la presin es directamente proporcional a la temperatura absoluta.p1/T1= p2/T2

Resumiendo:p1.V1/T1= p2.V2/T2= constante

Definiendo las condiciones normales de presin y temperatura (CNPT) como, 1 atmsfera y 273 K, para el volumen que ocupa un mol de cualquier gas (22,4 dm), esta constante se transforma en:constante = 1 atmsfera.22,4 dm/273 K.mol = 0,08205 atmsferas.dm/K.molY se define R como la constante de los gases ideales:

R = 0,08205 atmsfera.dm/K.mol

La combinacin de estas leyes proporciona la ley de los gases ideales, tambin llamada ecuacin de estado del gas ideal:

p.V = n.R.T

Donde n es el nmero de moles.