1. DOCENTE : Mg. Antonio F. Blas Arauco

2. UNIDAD ITERMODINMICA METALRGICA1. SEMANA 012. SEMANA 02 3. SEMANA 01 4. LOS CINCO ESTADOS DE LAMATERIA 5. DIAGRAMA DE CLASIFICACION DE LA MATERIA 6. Las distintas maneras en que la materia se "agrega en losdiferentes procesos , comnmente llamados los estados de lamateria, son cinco:1. Slido2. Lquido3. Gaseoso4. Plasma5. Condensado de Bose-Einstein (hielo cuntico)Los tres primeros son de sobra conocidos por todos nosotros ylos encontramos en numerosas experiencias de nuestra vida diaria.El slido lo experimentamos en los objetos que utilizamos, ellquido en el agua que bebemos y el gas en el aire que respiramos. 7. Estado Slido: podemos ver que los tomos se hallan dispuestos en unvolumen pequeo, formando generalmente una estructura.Estado Lquido: los tomos se encuentran esparcidos en un volumenmayor, sin seguir ninguna estructura. La separacin entre cada tomoes mayor que en el slido.Estado Gaseoso: los tomos ocupan un volumen mucho mayor. Es elestado en que los tomos estn ms separados.Estado de Plasma: Parece un slido, pero formado por iones. Cadacomponente del estado de plasma est cargada elctricamente y elconjunto ocupa un gran volumen.Condensado de Bose-Einstein: todos los tomos se encuentran en unmismo lugar. En la figura 1, la nica bola roja representa la posicindonde se encuentran todos los tomos, pero no uno sobre otro, sinotodos ocupando el mismo espacio fsico. 8. 4.El plasma es un estado que nos rodea, aunque loexperimentamos de forma indirecta. El plasma es un gas ionizado,esto quiere decir que es una especie de gas donde los tomos omolculas que lo componen han perdido parte de sus electrones otodos ellos. As, el plasma es un estado parecido al gas, perocompuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) yneutrones. En muchos casos, el estado de plasma se genera porcombustin.El Sol situado en el centro de nuestro sistema solar est en estado deplasma, no es slido, y los conocidos tubos fluorescentes contienenplasma en su interior (vapor de mercurio). Las luces de nen y las lucesurbanas usan un principio similar. La ionosfera se encuentra tambinen estado de plasma.En realidad, el 99% de la materia conocida del universo se encuentraen estado de plasma. 9. 5. Condensado de Bose Einstein.Es difcil entender intuitivamente qu significa el Condensado deBose-Einstein (CBE). En el CBE, todos los tomos se encuentran en elmismo lugar, aunque esto va en contra de todo lo que vemos anuestro alrededor.A las temperaturas increblemente bajas que se necesitan paraalcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein, se observa quelos tomos pierden su identidad individual y se juntan en una masacomn que algunos denominan supertomo.Para hacernos una idea de lo que sera un objeto cotidiano estandoen estado de Bose-Einstein, proponemos imaginar que variaspersonas estuvieran sentadas en la misma silla, no una sentadasobre otra, sino literalmente todas sentadas en la misma silla,ocupando el mismo espacio en el mismo momento. 10. En el cero absoluto (0oK), un tomo tiene velocidad cero, ya que notiene temperatura y por tanto no se mueve.Algunas de estas propiedades que muestran los tomos en estado deCBE son las siguientes:1. Los tomos estn congelados, todo quietos. La interaccin entreellos es muy dbil y entonces puede estudiarse el efecto que tienesobre ellos la gravedad.Los resultados muestran que estos tomos se caen como si fueranuna roca (a escala atmica), pero siguen siendo un gas, Secomportan como un slido, pero no lo son. Por eso, a veces alestado de CBE se le ha denominado hielo cuntico. 11. -Cmo se ve un Condensado de Bose-Einstein?Se ve como una pequea masa en el fondo de una trampamagntica. Como una gota de agua que se condensa cuando se enfrael aire.Los tamaos obtenidos de CBE ms grandes son del tamao deuna pepita de meln. En la generacin de un condensado de Bose-Einstein, como an suele haber tomos normales alrededor, elcondensado suele mostrarse como si fuera la semilla dentro de unacereza. 12. RESUMEN DE LOS ESTADOS DE MATERIAEn el CBE, todos los tomos se encuentran en el mismo lugar, aunqueesto va en contra de todo lo que vemos a nuestro alrededor.A las temperaturas increblemente bajas que se necesitan paraalcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein, se observa quelos tomos pierden su identidad individual y se juntan en una masacomn que algunos denominan supertomo. 13. ALGUNAS APLICACIONES CBEHasta la actualidad las aplicaciones no es suficientementeestudiado ni controlado. Sin embargo, ya se han comentadoalgunos usos:- Lser de tomos: para construccin de nano-estructuras, esdecir, objetos de un tamao muy pequeo (de nanmetros).- Relojes atmicos: para realizar medidas muy precisas deltiempo.- Detectores del petrleo: con el fin de buscar petrleoSe espera, que un descubrimiento tan magnfico no sea utilizadouna vez ms para el enriquecimiento de grandesmultinacionales, sino para avanzar en el camino delconocimiento de lo que nos rodea. 14. Cul es la causa de que a una P y T dadas, la materia sea slida,lquida o gas? 15. CONCEPTOS BASICOS La termodinmica indica si un proceso fsico o qumico esposible La termodinmica no indica la velocidad a la que dicho procesose realizar La energa del universo es constante. La entropa del universo va en aumento. 16. V Volumen Litros (l) o cm 3P Presin atmsferasT Temperatura Kelvin 273.15 K = 0Cn Nmero de partculas Moles (mol) I mol gas = 22.4 lN Nmero de Avogadro N = 6.022 x 10 23 mol -1k Constante de Boltzmann k = 1.38 x 10 -23 J/K (Joules/Kelvin)R = Nk Constante de los gases R = 8.314 J/molK = 1.987 cal/(molK)F Constante de Faraday F = 96.48 kJ/(Vmol)U, E Energa Interna kJ/mol, kcal/molQ Calor kJ/mol, kcal/mol 1 cal = 4.18 JoulesW Trabajo kJ/mol, kcal/molH Entalpa kJ/mol, kcal/molS Entropa J/(molK), cal/(molK)G Energa Libre kJ/mol, kcal/mol 17. SISTEMASSistema es una porcin del universo objeto de estudio, todosistema queda limitado por un contorno o alrededores, paredes,fronteras o limites del sistema, definidos arbitrariamente que nospermiten analizar problemas termodinmicos de los MCI Sistema: parte del Universo objeto de estudio. Alrededores: porcin del Universo que no se va a estudiar, pero quepuede interaccionar con el sistema. Limites o fronteras: separacin real o imaginaria entre el sistemay los alrededores. 18. AIRE + COMBUSTIBLE = GASES DE COMBUSTIN 19. CLASIFICACION DE LOS SISTEMASEn funcin de los lmites, un sistema puede ser:Cerrado: Es una regin de masa constante. Slo puede intercambiarenerga a travs de sus lmites con otro sistemaAbierto: En un sistema abierto es posible la transferencia de masa y deenerga a travs de sus lmites. Puede intercambiar materia yenerga con otro sistema.Aislado: No intercambia ni transfiere energa ni masa con su entorno ocon el medio que la rodea.Sistema adiabtico: No hay transferencia de calor por las paredes.Sistema homogneo: Los parmetros intensivos son los mismos entodo el sistema.Sistema inhomogneo: Uno o mas de los parmetros intensivospresenta variaciones espaciales.El universo en su totalidad se puede considerar como un sistemaaislado. 20. FACTORES (variables) DE LA TERMODINAMICAFactores intensivas: independientes de la masa (ej: temperatura)Factores extensivas: proporcionales a la masa (ej: energa interna)EQUILIBRIO TERMODINAMICOUn sistema est en equilibrio termodinmico cuando sus factores(variables) de estado son constantes a escala macroscpica: p; v;T 21. SEMANA 21. Principales Procesos termodinmicos2. Ley CERO de la Termodinmica 22. INVESTIGACION CIENTIFICAMETODO CIENTIFICOObservarProblemaPredecirExplicar Describir 23. PASOS :a. Definir con claridad el problema.b. Desarrollar experimentos, anotar la informacin o datos delsistema. Los datos pueden ser tanto cualitativos y cuantitativosc. Interpretacin :-Una vez completado los experimentos y se cuenta con los datossuficientes, el siguiente paso en el mtodo cientfico es lainterpretacin, vale decir que los cientficos intentan explicar elfenmeno observado.-Con los datos reunidos el investigador formula una HIPOTESIS, esdecir, una explicacin tentativa para una serie de observaciones. Seprogramar otros experimentos para probar la validez de la HIPOTESISy el procedimiento empieza de nuevo. 24. Las Hiptesis que resisten muchas pruebas experimentales paraverificar su validez se convierte en teoras.- Las teoras son tambin probadas constantemente. Si la teora esincorrecta, entonces deber descartarse o modificarse hasta quesea congruente con las observaciones experimentales. Aprobar odescartar una teora puede llevar aos o incluso siglos. Ejem. Lateora atmica llev ms de 2000 aos demostrar este principiofundamentalmente de la qumica propuesto por DEMOCRITO(filsofo de la antigua Grecia)El amor por la investigacin lo que mantiene a muchos cientficosen el Laboratorio 25. PROCESO TERMODINMICOCuando un sistema pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice quetiene lugar un proceso termodinmico.El estado inicial es el punto donde empieza el procesotermodinmico y el estado final ser el ltimo punto alcanzado por elproceso. 26. PRINCIPALES PROCESOS TERMODINMICOSCclico .- Cuando el sistema regresa a su estado inicialIsotrmico.- Cuando el sistema mantiene constante su temperatura.Isobrico.- Cuando el sistema mantiene constante su presin.Isocrico.- Cuando el sistema mantiene constante su volumen.Adiabtico.- Cuando el sistema mantiene constante su cantidad decalor. 27. LEYES DE LATERMODINAMICALa termodinmica es la ciencia que estudia la energa y sustransformacionesLas leyes de la termodinmica que se desarrollarn sern:1. Ley cero de la termodinmica o principio del equilibriotermodinmico.2. Primera ley de la termodinmica o principio de la conservacinde la energa.3. Segunda ley de la termodinmica, espontaneidad o noespontaneidad de los procesos - Entropa4. Tercera ley de la termodinmica, espontaneidad o noespontaneidad de los procesos Energa Libre 28. LEY CERO DE LATERMODINAMICALa ley cero de la termodinmica establece que si dos sistemas, A yB, estn en equilibrio termodinmico, y B est a su vez enequilibrio termodinmico con un tercer sistema C, entonces A y Cse encuentran en equilibrio termodinmico.La Ley cero de la termodinmica nos dice que si tenemos doscuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, ylos ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estosalcanzarn la misma temperatura, es decir, tendrn ambos lamisma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos Cse pone en contacto con A y B, tambin alcanzar la mismatemperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrn la misma temperaturamientras estn en contacto. 29. UNIDAD IIPRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA1. SEMANA 032. SEMANA 043. SEMANA 054. SEMANA 065. SEMANA 07 30. SEMANA 031. Corolario de la Primera Ley de laTermodinmica2. Primera Ley en trminos de Entalpia 31. COROLARIO DE LA PRIMERALEY DE LA TERMODINMICAEl primer principio establece que la energa no se crea ni sedestruye, slo se transforma. 32. TEMAS DE DESARRROLLOCalor, trabajo y energa interna. Entalpa. Capacidadescalorficas. Entalpa estndar de formacin y dereaccin. Variacin de la entalpa de reaccin con latemperatura 33. En esta seccin se considera la masa limitada por la superficie de lafrontera (masa de control), la que puede trasladarse, rotar ydeformarse, pero ninguna masa debe atravesar dicha frontera.Ejemplos: Sustancia dentro de un cilindro con un pistn que se desliza. Un fluido dentro de un baln.Son masas de control que servir para visualizar los siguientesenunciados: 34. SISTEMA, PARED, ENTORNO, UNIVERSOConceptos de sistema, entorno, pared y universo 35. Alrededores o entornoLa parte del universo que est fuera del sistemaseleccionado est formado por otros sistemas yse denomina: entorno, medio ambiente, contorno,alrededores. 36. Todo sistema queda limitado por un contorno, paredes, fronteras olmites del sistema, que pueden ser reales o imaginarios. Tambin sellama superficie de controlUniverso = Sistema + EntornoUniverso = materia total existente + energatotal existentePor convenio, el universo para el termodinmico es un sistemaaislado 37. SISTEMA QUIMICO.- Son las sustancas que participan en loscambios fisicoqumicos de inters.UN SISTEMA TERMODINMICO queda definido cuando seconocen las magnitudes fsicas (masa, T, P, V y el estado deagregacin) y las magnitudes qumicas (composicin de la materia) 38. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA ENU1 V1 P1T1 gasU2 V2 P2T2 gasqWTRMICOS DE ENTALPIAP1=P2= ConstanteT1< T2V1< V2Se mantiene la P contante debido al aumento de la T y VW= P(V2-V1) y H = QpH = qp = n Cp T H = U + p V 39. Relacin Qv con Qp (gases). H = U + p V Aplicando la ecuacin de los gases:p V = n R T y si p y T son constantes la ecuacin secumplir para los estados inicial y final:p V = n R T H = U + n R TR= 0,082 atmxl/mol K R= 8,3 J/mol K 40. Relacin Qv con Qp (slidos ylquidos) En reacciones de slidos y lquidos apenas seproduce variacin de volumen y ...Qv Qp es decir:U H 41. CONSERVACIN DE LA MASASe elige una masa de control para presentar los enunciadosfundamentales de conservacin:Ninguna masa cruza las fronteras del sistemaPor tanto, este principio de conservacin se enuncia as:La masa de una masa de control nunca cambiaLa representacin matemtica, es:dm=O 42. SEMANA 04CONSERVACON DE LA ENERGIA OPRIMER LEY DE LA TERMODINMICA 43. PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICAEsta ley tambin recibe el nombre de conservacin de laenerga. El balance de energa se enuncia como sigue:El cambio de Energa Interna de un sistema est dadopor el calor recibido menos el trabajo desarrollado.Matemticamente:Calor entregado = Trabajo desarrollado + Cambio de Energa Internaq = w + E Despejando: 44. CONVENIO DE SIGNOSW > 0: Trabajo realizado por el sistema hacia el entorno o elsistema se expande.W < 0: Trabajo realizado sobre el sistema del entorno o elsistema se comprime.Q > 0: El sistema absorbe calor del entornoQ < 0: El sistema libera calor hacia el entorno.G < 0 El proceso es espontneoG > 0 El proceso no es espontneoG = 0 El proceso est en equilibrio 45. ENTROPA.- Es una magnitud fsica utilizada por laTermodinmica para medir el grado de desorden de lamateria o del sistema. El grado de desorden depende dela energa calorfica y de la distribucin de las molculasde la materia (s, l, g). El desorden molecular es funcinde la temperatura.S < 0 El proceso es imposibleS > 0 El proceso irreversibleS = 0 El proceso reversibleENTALPA.- Es el calor que absorbe o desprende elproceso qumico a presin constante.H > 0: El sistema absorbe calor del entorno, reaccinendotrmicaH < 0: El sistema libera calor hacia el entorno; reaccinexotrmica. 46. W> 0 Rpta= ?W< 0 Rpta= ? 47. FACTORES TERMODINMICAS DE LAPRIMERA LEYEl Primer Principio de la Termodinmica hace uso de lassiguientes variables: Cambio de Energa interna, E. Flujo de Calor, q. Trabajo, w 48. UNIDADES EMPLEADAS PARA EXPRESAR LA ENERGAHay 4 tipos de unidades muy empleadas en los clculostermodinmicoshabituales:a) Atmsfera-Litros, atm-L.b) Ergios, erg.c) Joules, J.d) Caloras, cal.Factores de conversin:1 cal = 4,184 J 1 J = 107 erg 1 atm-L = 1,013x109 erg 49. a) CAMBIO DE ENERGA INTERNA, ESea E inicial el estado inicial de energa interna de un sistema,E final ser el estado final. El cambio de energa interna ser:E = E final - E inicialTermodinmicamente hablando, el cambio de Energa Interna,E, en un sistema, es debido al trabajo, w, efectuado por osobre este sistema; tambin debido al calor, q, cedido oabsorbido por el sistema. 50. b) FLUJO DE CALOR, q.El flujo de calor se define como una transferencia de energadebida a una diferencia de temperatura. Es la energa trmica querecibe o entrega el sistema.La Capacidad Calorfica es "la cantidad de calor que requiere unmol de sustancia para elevar su temperatura en un gradocentgrado". Se representa por la letra C.Sus unidades son:cal / mol C o cal / mol KEl Calor Especfico es la Capacidad Calorfica en que la unidad demasa se expresa en gramos. Sus unidades son:cal / g C o cal / g KLa C depende de la temperatura: C = dq / dT 51. CAPACIDAD CALORFICA DE LOS GASES APRESIN CONSTANTE.Es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura deun mol de sustancia en un grado centgrado, a presin constante y auna temperatura determinada, se representa generalmente como Cp.Matemticamente: 52. La Capacidad Calorfica de los gases es muy sensible a latemperatura y por lo tanto depende de ella:Cp= f(T)C p = a + bT + cT2 + dT3 +....En donde a, b, c, d,.. son constantes que dependen del tipode gas. Los valores se encuentran en las tablas termodinmicas.Ejemplo: Para el O2 (gas):a= 6,9054b= 3,2533 10-3c = -1,0171.10-6Su Capacidad Calorfica ser:Cp = 6,9054 + 0,0032533T - 0,0000010171T2 53. CALENTAMIENTO DE LOS GASESDespejando e integrando: dqp = Cp dTFinalmente: 54. CAPACIDAD CALORFICA DE LOS GASES A VOLUMENCONSTANTE.Capacidad calorfica molar de una sustancia a volumen constante:Es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura deun mol de sustancia en un grado centgrado, a volumenconstante y a una temperatura dada. Se representa como Cv y sedefine matemticamente: 55. SEMANA 05TERMOQUCA Y SUSAPLICACIONES 56. CAMBIOS DE ESTADO FSICOSe entiende por cambio de estado fsico al cambio de fase que sufre una sustancia comoconsecuencia de un intercambio de calor. El cambio de estado fsico se caracteriza por elmantenimiento de la temperatura constante. Fusin: Cambio de slido a lquido, el sistema absorbe calor. Q = Hf > 0 Solidificacin o cristalizacin: Cambio de lquido a slido, el sistema cede calor.Q=Hsol 0 Condensacin: Cambio de gaseoso a lquido, el sistema cede calor. Q = Hc < 0 Sublimacin: Cambio de slido a gaseoso, el sistema absorbe calor. Q = Hs > 0 Deposicin: Cambio de gaseoso a slido, el sistema cede calor. Q = Hdep < 0 57. SEMANA 06PROCESOS TERMODINMICOSY TRABAJO 58. TRABAJOEnerga = Capacidad para realizar un trabajoSe realiza un trabajo cuando se realiza unmovimiento en contra de una fuerza que se opone aese movimientoEs imposible realizar un trabajo sin consumir unaenerga 59. Masa de controlPara comprender mejor este principio imaginemos un gasencerrado en un cilindro cuya tapa es un mbolo mvil y quemediante un mechero podemos agregarle calor, el cambio deenerga interna del gas, E, est dado por la diferencia entre el caloragregado, Q, y el trabajo, W, que el gas hace al levantar el mbolocontra la presin atmosfrica 60. PROCESOS TERMODINMICOS1. Proceso isobricoP= constanteQ =Cp (T2T1 )W = p(V2V1 )U =Cv (T2T1 ) 61. 2. Proceso isocricoV=cteQ =U =Cv (T2 T1 )W =0U =Cv (T2 T1 ) 62. 3. Proceso isotmico (gas ideal)T= constanteQ =W =nRT lnV2V1W =nRT lnV2V1U =0 63. 4. Proceso Adiabtico (gasideal)Q= ConstanteQ =0Ecuacin de la adiabticaW =U =Cv (T2T1 )U =Cv (T2 T1 )PV = PV1 1 2 2TV 1 =TV 1Cte deadiabaticidadC = pCv 64. Capacidades Calorficas engases (1)Cp =Cv +nR 65. Capacidades Calorficas engases (2)GASES MONOATMICOS GASES DIATMICOS32Cv = nRC =5nRp 2C =5nR v 2C =7nRp 2 66. PROCESOS TERMODINAMICOS PARA GASES IDEALESTodas las transformaciones son reversibles 67. Capacidades Calorficas de slidosV = cte W = 0Modelo simplificadode slidoCv =Cp =3nRc'v =c' p =3R =24.9 J / mol KCp =CvLey de Dulong Petitc 68. SEMANA 07PROCESOS TERMODINMICOSY TRABAJOSolucin de diversos problemas 69. SEMANA 08 70. UNIDAD IIISEGUNDA Y TERCERA LEY DE LATERMODINMICA1. SEMANA 092. SEMANA 103. SEMANA 114. SEMANA 12 71. SEMANA 9SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICAESPONTANEIDAD DE LOS PROCESOSMETALRGICOSProcesos Espontneos. Entropa. Mquinas trmicas. Ciclo deCarnot.S < 0 El proceso es imposibleS > 0 El proceso es altamente posible (procesoirreversible)S = 0 El proceso reversibleSi aumenta la entropa el proceso es irreversible 72. La imposibilidad prctica de la conversin completa de laenerga calorfica en energa mecnica (incluso con mquinaperfecta) fue el punto partida de la Segunda Ley de laTermodinmica, que ha tenido una gran influencia en eldesarrollo subsiguiente de la ciencia y tecnologa.La entropa es una propiedad que depende del estado de lasustancia- 73. CAMBIOS EXPONTANEOS Y NO EXPONTANIOS1. Cambios espontneos.- Estos cambios no son reversibles por sismo. Ejemplo: El agua que cae puede mover una turbina; este cambio no esreversible por si mismo. El gas que se expande puede mover un piston.1. Cambios no espontneos:- Estos cambios es reversibles por simismo. Ejemplos: Si el agua corre hacia arriba, se requiere energa parabombear. Para comprimir un gas.Cuando un cambio se efecta reversiblemente se obtiene la mximacantidad posible de trabajo. 74. La entropa es el grado de desorden y de caos que existe en lanaturaleza.El orden es una condicin necesaria para cualquier cosa que ha deentender la mente humana.orden extensin a que estn confinadas las partculas de una sustanciaen una regin del espacio. Ej. : un cristal (S es baja)Cuando se funde un slido las partculas quedan libres para moverse la S aumentaPor lo tanto, las sustancias que estn altamente desordenadas tienenentropas altasSi el grado de desorden o entropa de un sistema aumenta durante unproceso, favorece la espontaneidad del mismo 75. ENTROPA (S)Es una medida del desorden del sistema que s puede medirse ytabularse.S = Sfinal SinicialExisten tablas de S0 (entropa molar estndar) de diferentessustancias.En una reaccin qumica:S0 = np S0productos nr S0reactivos 76. Calcula S0 para las siguientes reacciones qumicas:a) N2(g) + O2(g) 2 NO(g);b) 3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g).Datos: S0 (Jmol1K1): H2(g) = 130,6; O2(g) =205; N2(g) =191,5; NO(g) = 210,7; NH3(g) =192,3a. S0 = 24,9 J/Kb. S0 = - 198,7 J/K 77. CARACTERSTICAS DE LAS S MOLARES Las S0 molares de las sustancias son siempre positivas:S0 > 0 Los slidos poseen S0 ms bajos que los lquidos y stos asu vez mas bajos que los gases.Si slido = 18,70 J/KH20 lquida = 69,90 J/KS02 gas = 248,5 J/KLa entropa de un cristal perfecto se aproxima a CEROal aproximarse la temperatura al CERO ABSOLUTO 78. En cualquier proceso espontneo la entropa total deluniverso tiende a aumentar siempre.Suniverso = Ssistema + Sentorno 0A veces el sistema pierde entropa (se ordena)espontneamente. En dichos casos el entorno se desordena.La entropa de cualquier sustancia a 0 K es igual a 0(mximo orden).Equivale a decir que no se puede bajar de dichatemperatura.CUIDADO! Las S de los elementos en condicionesestndar no son 0 sino que es positiva. 79. En procesos reversibles y a temperatura constante sepuede calcular S de un sistema como:QS = Ty si el proceso qumico se produce a presin constante:S0 (entropa molar estndar) se mide en Jmol1K1.Sreaccin se mide en JK1. 80. Para ste cambio de estado a presin constante, S = 2 1La tendencia a producirse una reaccindepende de 2 funciones: H, debido a la formacin y ruptura de enlaces, y S, cambio en el orden del sistema.G = H -T S 81. Todo sistema va a tender a evolucionar hacia el equilibrio.Teniendo en cuenta que la temperatura debe estar en la escalaabsoluta (Kelvin) y que por lo tanto no puede ser negativa, sepueden distinguir 4 casos diferentes: 82. Ejemplos de S: La S de un cristal e relativamente baja. La S, cuando se funde un slido las partculas quedanlibres para moverse por todo el volumen del liquido; la Sde la sustancia crece. Al evaporarse las partculas adquieren todava mayorlibertad para moverse y se experimenta que la S es grande. En las reacciones qumicas directas, la variacin de S esuna cantidad positiva. La S del agua solido es menor que la S del agua liquida. Cuando un vasos de precipitado se rompe, la S aumenta. Cuando los ros de contaminan y el desorden llega incluso alos caminos del desierto con las basuras que lo contaminan,la S aumenta.Por lo tanto, en todos estos procesos llevan consigo un aumentode la ENTROPA- 83. SEMANA 10ENERGA LIBRE EN LAMETALURGIATERCERA LEY DE LA TERMODINMICA 84. TERCERA LEY DE LA TERMODINMICA La G, es la cantidad de calor o energa necesario para que la reaccinqumica se produzca en un proceso exotrmico o endotrmico. La G es un indicador de la espontaneidad de los procesosmetalrgicosCRITERIO DE DODGE:G= - a 0 Es muy posible el procesoG= 0 a 104 Si es posible y no es posible; podemos hacer posiblecambiando las los factores (variables operacionales)G= 104 a + No es posible el proceso. 85. PRIMER ANLISIS DE G0 :1. Si G es negativo, la reaccin qumica es espontnea.2. Si G es positivo, la reaccin qumica no se producirespontneamente. En sus lugar se producir la reaccinqumica inversa.3. Si G es 0 (cero), el sistema reaccionante est enequilibrio; no existe ninguna tendencia a producirsereaccin en ningn sentido. 86. SEGUNDO ANALISIS DE G: Tambin es una medida detendencia para que pueda producirse la reaccin qumica.1. Si los productos del proceso de reaccin qumica tienenmenor energa libre que los reactivos, se producir lareaccin qumica directa.G0 productos < G0 reactantes2. Cuando G0 productos > G0 reactantes; la reaccin qumicainversa es espontnea.3. Cuando G0 productos = G0 reactantes; no existe ningunaposibilidad para que la reaccin qumica se produzca en elsentido determinado. 87. G= H TSG: diferencia de energa libreH: diferencia de entalpaS: diferencia de entropaT : temperatura absoluta ( en K)Dado un sistema abierto, el criterio para que un proceso seaespontneo a P y T constantes, es que G sea negativo".G < 0 Proceso exergnicoG > 0 Proceso endergnicoG = 0 Proceso en equilibrioSi G < 0 proceso irreversible (espontneo)Si G > 0 proceso no espontneoSi G = 0 proceso reversible (equilibrio) 88. La tendencia a producirse un proceso o una reaccin qumicadepende de 2 funciones: H, debido a la formacin y ruptura de enlaces, y S, que es el producto de un cambio en el orden delsistemaorden del sistema.G = H -T S 89. ENERGA LIBRE ESTNDAR DE FORMACINSi G < 0 reactivos productos: espontneaSi G > 0 reactivos productos: no espontnea(reactivos productos: espontnea)Las reacciones en las que G es positivo es necesario laaportacin de energa para que se produzca la reaccinSi G = 0 estado de equilibrio: reactivos = productos 90. VARIACION DE LA ENERGIA LIBRE CON LATEMPERATURA1. Aumentamos o disminuimos la T para que K tenga valoresptimos y sea posible la reaccin qumica: K= f(T) = 4,57 Para calcular K2. La variacin de S y H con la T es poco, para que G seamayor.G = H -T SSi G= 0 entonces 0= H -T S =Para calcular la T del proceso.La variacin de la T es pequea, siendo la T aproximadaptima para realzarse la reaccin qumica. 91. ANLISIS DE K1. Cuando el valor de K es muy grande; la reaccin qumica esdirecta, casi no se produce reaccin inversa, el equilibrioresulta hacia la derecha.2. Cuando K tiene valores muy pequeos, la reaccin qumicaprincipal es inversa y el equilibrio resulta muy desplazadohacia la izquierda.3. Cuando K se acerca a 1 (uno) la reaccin qumicaprcticamente es reversible. 92. DESDE UN PUNTO DE VISTATERMODINMICOPara un cambio de estado del sistema, como es el caso de unareaccin qumica a temperatura T constante, se tiene que:Nernst postul que la energa libre de una reaccin, G , vara conla temperatura. 93. SEMANA 11ENTROPA EN LAMETALURGIASolucin de diversos problemas 94. SEMANA 12TERCERA LEY DE LATERMODINMICAProcesos espontneos. Energa libre de Gibbsen trminos de la entalpia.Solucin de diversos problemas 95. UNIDAD IVECUACIN DE CLAUSIUSCLAPEYRON Y OTROS1. SEMANA 132. SEMANA 143. SEMANA 15 96. SEMANA 13ECUACIN DE CLAUSIUS CLAPEYRON YSUS APLICACIONES