TERMODINAMICASILVIA L. ARA ROJAS

La termodinmica se ocupa de la energa y sus transformaciones en los sistemas desde un punto de vista macroscpico

La termodinmica es la rama de la fsica que estudia la energa, la transformacin entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo.

Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier regin del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo dems, lo cual se convierte entonces en el entorno del sistema. sistema + entorno = universo.

Isotrmico

Isobrico

Isocrico o isomtrico

Se dice que ocurre una transformacin en un sistema si, como mnimo, cambia de valor una variable de estado dentro del mismo a lo largo del tiempo. Tipos: abierta. cerrada. infinitesimal. El inters de la termodinmica se centra en los estados inicial y final de las transformaciones, independientemente del camino seguido. Eso es posible gracias a las funciones de estado.

Reversibilidad e irreversibilidad

ENERGA

PROCESO IRREVERSIBLE PROCESO REVERSIBLE

100% Q Q W

: Q(+) o absorbido Q(-) o liberado W(-) realizado sobre el sistema W(+) realizado sobre el entorno

Reacciones exotrmicas y endotrmicasDesde el punto de vista del flujo de calor, se pueden distinguir dos tipos de reacciones o procesos. Reacciones exotrmicas: en las que una reaccin desprende calor al ambiente. CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O () + energa Reacciones endotrmicas: en las que el sistema reaccinate absorbe calor del ambiente. H2O (s) + Energa H2O () .

1RA LEY DE LA TERMODINMICA

1 J = 0,24 cal 1 cal = 4,184 J

PPA

A

L

Transformacin: ALB Retorno: BMA

MPB

B

QL + Q M = W L + W M QL + QM (WL + WM) = 0

VA

VB

V

La cantidad total de calor absorbido por un sistema en una transformacin cclica, es igual al trabajo realizado por el mismo Q W = E = EB - EA

(+) QW

(-) WQ

TRABAJO DE EXPANSIN Y TRABAJOP UTILWexp = P - V Wutil = W - Wexp

Expansin Isotrmica

Wexp = R.T.ln (V2 / V1) Wexp = Q

E = 0

Para que un gas ideal realice una expansin isotrmica, debe de absorber una cantidad de calor igual al trabajo que realiza

Expansin Adiabtica

Q=0

Wexp = - E

El trabajo realizado por un sistema en una expansin adiabtica se efecta a expensas de la energa interna y por ende no puede ser isotrmica

EntalpaH=E+P.VLa entalpa es la fraccin de la energa que se puede utilizar para realizar trabajo en condiciones de presin y volumen constante Su variacin en un proceso solo depende de los estados inicial y final

H = E + (P . V)P2 . V2 P1.V1

H0 proceso endotrmico

En una transformacin a presin constante, el sistema no realiza trabajo y la variacin de entalpa es igual al calor absorbido por el sistema

(P.V) = P . V H= E + P . V Trabajo de expansin a P constante H= Q W + P . V Wutil =W p.v H= Q Wutil

H= Q

CAMBIOS DE ESTADO Y CALORCALOR DE FUSINCantidad de calor que se le debe de suministrar a 1g o a 1 mol de sustancia para producir el pasaje de slido a lquido a T constante

Del hielo a 0C = 79,71 cal/g CALOR DE VAPORIZACINCantidad de calor que se le debe de suministrar a 1g o a 1 mol de sustancia para producir el pasaje de lquido al gaseosos a T constante

Del agua= 539,55 cal/g

Termoqumica. Es la parte de la Qumica que se encarga del estudio del intercambio energtico de un sistema qumico con el exterior.

Ecuaciones termoqumicasC2 H5 OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O (l)H25C =-236,7 Kcal

Al reaccionar el alcohol lquido con oxgeno gaseoso con produccin de dixido de carbono gaseoso y de agua lquida, a 25C se desprenden 326,7 kcal por cada mol de alcohol

Es H negativo o positivo?

El sistema absorbe calor

El sistema emite calor Exotrmico

EndotrmicoEntalpa

H>0

H 0)

El calor de reaccin se mide en un calormetro

Consecuencia del 1 Principio de la Termodinmica

Ley de HessLa energa intercambiada en forma de calor en una reaccin qumica es la misma tanto si la reaccin ocurre en una etapa como si ocurre en varias.

1 C (s) + O 2 (g) CO (g) 2C (s) + O 2 (g) CO2 (g)

H = -110.5 kJ H = -393.5 kJ

1 CO 2 (g) CO (g) + O2 (g) H = +283 kJ 2

H = -110.5 kJH: funcin de estado

CALOR DE COMBUSTIN (HC)Variacin de entalpa, que acompaa a la combustin completa de 1 mol de compuesto orgnico para dar CO2 (g) y H2O (l). Tambin se lo define como: El calor de combustin es la cantidad de energa liberada por cada mol de hidrocarburo quemado. Metano CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) HC= -890 kJ

CALOR DE FORMACIN (Hof)Variacin de entalpa que se produce cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos en su estado ms estable a una presin de 1atm y 25C. El O representa el estado normal, el subndice f significa formacin.

Ag (s) + Cl2 (g) AgCl (s)

H = -127 kJ

EL CALOR DE UNA REACCIN ES IGUAL A LA SUMA DE LOS CALORES DE FORMACIN DE LAS SUSTANCIAS RESULTANTES, MENOS LOS CALORES DE FORMACIN DE LAS SUSTANCIAS REACTANTES

Aplicaciones de la Primera LeyMETABOLISMO ENERGTICO: conjunto de transformaciones que implican intercambios de energa con produccin de Q y W mecnico VALOR CALRICO Calor desprendido por la combustin de 1 g de alimento determinado

VALOR CALRICO FISIOLGICO

Vcg = 4,2 Kcal/g = 16,8 KJ Vcp= 5,4 Kcal/g in vitro = 16,8 Kj 4,4 Kcal/g in vivo Vcl = 9,4 Kcal/g = 37,8 JK

El valor calrico de 1g de sustancia es la diferencia de energa interna entre el sistema inicial y el final

CALORIMETRAC. DIRECTA

C. INDIRECTA Balance energtico Cociente respiratorio Vc del oxgeno CR Ccingeridos - Ccexcretados

Determinacin del Vc del oxgeno C6 H12 O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2OH18C = -637 kcal

0,829 LO2/g 2,013 LO2/g 0,957 LO2/g

Glcidos : 5,05 kcal/L Lpidos : 4,69 kcal/L Prtidos : 4,58 kcal /L

Determinacin del Cociente respiratorio Glcidos : 1,0 Lpidos : 0,711 Prtidos : 0,809

Cociente respiratorio no proteico 6,25g protena 1g N2 VO2 = 5,98L VCO2 =4,84L Q = 27,39 Kcal

VO2 protenas = g N2 x 5,98 VCO2 protenas= g N2 x 4,84

VO2 glucidos y lipidos = VO2 total - VO2 protenas VCO2 glucidos y lipidos = VCO2 total - VCO2 protenas

Establecer el Metabolismo Energtico

ECUACIN DE BROUWER

QT =Kcal/h

METABOLISMO BASAL

Energa necesaria para el desarrollo de las funciones vitales y el mantenimiento de la temperatura corporal.Condiciones para determinacinFunciones reducidas al mnimo reposo muscular (posicin acostada) ayuno previo de 12 h despierto y en reposo mental condiciones ambientales que constituyan un microclima trmicamente neutro (20-24 C para un individuo ligeramente vestido)

Produccin de calor basal Depende de la superficie corporal

Metabolismo basal/da = S x 24 h x 167 kJ/m2 hDepende del peso corporal

elefante caballo hombre ganso conejo paloma rata perro

ratn

Produccin calrica total de un hombre de 70 kg en diversas condiciones de actividad Condicin Produccin calrica (J/h) 272 322 439 837 1255 2385 586 1004

Durmiendo Acostado De pie Caminando lento Caminando ligero Corriendo Escribiendo a mquina Trabajando en carpintera

Segunda Ley de la Todo proceso ocurre desde un estado de baja probabilidad (ordenado) a otro de Termodinmica mayor probabilidad (desordenado)ENTROPA (S): Medida del desorden o azar del sistema. Cada proceso se acompaa de un incremento de la entropa del universo

En todo sistema aislado, la entropa siempre aumenta hasta alcanzar el estado de equilibrio

EntropaS = K Ln(W) La entropa es la medida del grado de desorden de un sistema molecular

S1

>

S2

S =La variacin de entropa para pasar de un estado A al B solo depende de los estados y es independiente del camino seguido por la transformacin. En consecuencia es una variable de estado

TRANSFORMACIN ADIABTICA

La entropa permite establecer el sentido posible de una transformacin S = 0 proceso reversible en equilibrio S> 0 proceso espontneo S < 0 proceso imposible

RENDIMIENTO Es el cociente entre la cantidad de calor aprovechado (trabajo producido) y la cantidad de calor no aprovechado

SISTEMA REVERSIBLE

SISTEMA IRREVERSIBLE

Wrev > Wirrev

Energa Libre de Gibbs G=H-TSLa energa libre es la fraccin de la energa que se puede utilizar para realizar trabajo en condiciones de presion, volumen y temperatura

Lo importante es la variacin de la energa libre

G0 proceso endergnicoG