TEMAS SELECTOS DE FISICOQUÍMICA ¡¡BIENVENIDOS!! Dr. René D. Peralta. Dpto. de Procesos de Polimerización. Correo electrónico:

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2 TEMAS SELECTOS DE FISICOQUÍMICA ¡¡BIENVENIDOS!! Dr. René D. Peralta. Dpto. de Procesos de Polimerización. Correo electrónico: rene@ciqa.mxrene@ciqa.mx Tel. 01 844 438 9830 Ext. 1260. Maestría en Ciencia e Ingeniería de Materiales. PEÑOLES

3 CONTENIDO DEL CURSO 1. Introducción.  2. Motivación. ¿Por qué un curso de fisicoquímica?  3. Principios fundamentales.  4. Gases.  5. La primera ley de la termodinámica.

4 CONTENIDO DEL CURSO Condiciones estándar normales. Son 298.15 K y 1.01 bar (25°C y 1 atmósfera) de presión. En una reacción química, los estados físicos de reactantes y productos se indican en condiciones estándar normales. Detalles condiciones estándar.

5 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA SISTEMAS Y PROCESOS Termodinámica: trata con los efectos producidos cuando una substancia presenta un cambio. Substancia (s): la(s) que intervienen en esos cambios se llama(n) sistema. El cambio efectivo o real que ocurre se llama proceso. Sistema ASistema B

6 SISTEMAS Y PROCESOS Propiedades de un sistema. Energía interna, U (con frecuencia, E). Energía externa, pV (con frecuencia, PV). Energía cinética, mc 2 /2. Energía potencial, z. Energía superficial. Sistema ASistema B Energía superficial. LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA

7 SISTEMAS Y PROCESOS Propiedades de un proceso. Calor absorbido, q. Trabajo, w. Energía radiante. Significado de los términos empleados.

8 Energy & Chemistry ENERGY is the capacity to do work or transfer heat. HEAT is the form of energy that flows between 2 objects because of their difference in temperature. Other forms of energy — light light electrical electrical kinetic and potential kinetic and potential http://xbeams.chem.yale.edu/~batista/113/chapter6/ch6.ppt

9 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Energía interna, U: todas las substancias la poseen. Su cantidad depende del movimiento y distribución espacial de las partículas que forman átomos y moléculas. Solo se puede medir su incremento,  U, pero no su valor absoluto.  U > 0 cuando aumenta la energía interna de un sistema. Significado de los términos empleados. Energía Interna.

10 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Internal Energy La energía interna se refiere a la energía microscópica en escala atómica y molecular. Ejemplo del vaso de agua sobre una mesa. No aparente energía cinética ni potencial.

11 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Significado de los términos empleados. Energía Interna. La energía interna (U) está definida como la energía asociada con el movimiento aleatorio, desordenado de moléculas. Está separada en escala de la energía macroscópica ordenada, asociada con objetos en movimiento; se refiere a la energía microscópica invisible en la escala atómica y molecular.

12 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA El cambio en energía interna es igual a la que se tiene al final menos la que se tenía al principio:  U = U 2 – U 1 Esta diferencia se cuantifica como  U = Q – W: energía absorbida de los alrededores menos la energía pérdida a los alrededores en forma de trabajo externo producido por el sistema. Significado de los términos empleados. Energía Interna.

13 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Sí la ecuación:  U = Q – W, se escribe como: Q =  U + W, definimos una nueva propiedad o término adicional conocido como entalpía, que tiene el símbolo  H, para una reacción a presión constante. Significado de los términos empleados. Energía Interna.

14 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA La cantidad  U depende del movimiento y distribución espacial de las partículas que forman átomos y moléculas. Significado de los términos empleados. Un ejemplo para ilustrar el cambio en energía interna (Shireby, pág. 7). Energía Interna.

15 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA ¿Qué no está de acuerdo con lo que hemos aprendido?  U no depende del camino recorrido sino solo de los estados inicial y final del sistema. Sistema ASistema B C 6 H 6 (líq.) + 7½ O 2 (gas)3H 2 O (líq.) + 6CO 2 (gas)  U = - 782 kcal, a 25 °C Energía Interna.

16 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Expresar resultados en unidades SI. El calor de formación del agua,  H°, a 25°C y 1 atm de presión es - 68,318 cal  mol -1. Calcule  U °. El calor de formación es el calor que se desprende (o absorbe) al formar una mol del material a partir de sus elementos. Usa unidades SI en todos tus cálculos. (Drago, pág. 14). Hacer ejercicio similar al anterior. Sistema ASistema B  U° = - 68,318 cal  mol- 1, a 25 °C Energía Interna. H 2 (g)+ ½ O 2 (g)H 2 O (l)

17 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Expresar resultados en unidades SI. Un átomo gramo de hierro puro se disuelve en HCl diluído a 18°C. El calor desprendido es de 20,800 calorías. Calcula el cambio de energía interna del sistema. Usa unidades SI en todos tus cálculos. Hacer ejercicio en la pág. 10 de Shireby. Sistema ASistema B Q = - 20,800 cal a 18 °C Energía Interna. Fe (s) + 2 HClFeCl 2 + H 2

18 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Es la energía que posee una substancia en función del espacio que ocupa. Energía externa. Es el producto de la presión por el volumen: pV. Significado de los términos empleados. http://www.allaboutscience.org/first-law-of-thermodynamics-faq.htm

19 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Energía externa. Es la energía que entra al sistema. Un ejemplo de como actúa la Primera Ley de la Termodinámica es la máquina de el movimiento perpetuo. Nadie ha construido jamás una máquina que pueda continuar moviéndose por siempre sin alguna fuente de energía externa que la mantenga en movimiento. Cada máquina requiere algo de entradas para continuar moviéndose. Estas entradas pueden ser el viento, reacciones químicas, magnetos, etc. La razón por la que las máquinas no pueden moverse indefinidamente es la fricción. http://www.allaboutscience.org/first-law-of-thermodynamics-faq.htm http://www.allaboutscience.org/first-law-of-thermodynamics-faq.htm

20 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Energía cinética. Es la que posee una substancia a causa de su movimiento. Significado de los términos empleados. La energía cinética de un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno del movimiento. Está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde el reposo hasta la velocidad que posee.

21 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Energía cinética. Significado de los términos empleados. Temperature is a number that is related to the average kinetic energy of the molecules of a substance. If temperature is measured in Kelvin degrees, then this number is directly proportional to the average kinetic energy of the molecules.kinetic energy http://zonalandeducation.com/mstm/physics/mechanics/energy/heatAndTemperature/gasMo leculeMotion/gasMoleculeMotion.html

22 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Energía cinética. Significado de los términos empleados.

23 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Energía cinética. Only kinetic energy.

24 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Calor absorbido, Q (a veces, q). Se utiliza para describir la transferencia de energía interna de una substancia a otra, promovida por un cambio en temperatura,  T. Trabajo realizado POR un sistema sobre sus alrededores: q > 0. Significado de los términos empleados.

25 La primera ley de la termodinámica.  U > 0

26 Convención de signos y la relación entre Q, W y  U Convención de signo para Q. Signo de  U = Q – W Q > 0, el calor se transfiere de los alrededores al sistema. Q < 0, el calor se transfiere del sistema a los alrededores. Q > 0 y W > 0: el signo de  U depende de las magnitudes de Q y W. Q > 0 y W 0 Convención de signo para W. W > 0, se hace trabajo por los alrededores sobre el sistema. W < 0, el sistema hace trabajo sobre los alrededores. Q 0:  U < 0 Q < 0 y W < 0: el signo de  U depende de las magnitudes de Q y W. La primera ley de la termodinámica.

27 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Conservación de la energía mecánica. El trabajo mecánico es la cantidad de energía transferida mediante una fuerza actuando a través de una distancia. Al igual que la energía, es una cantidad escalar, con unidades SI de joules. El término trabajo fue usado por primera vez en 1826 por el matemático francés Gaspard - Gustave Coriolis.joules

28 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Conservación de la energía mecánica. La conservación de la energía mecánica es un principio que establece que, bajo ciertas condiciones, la energía mecánica total de un sistema es constante. Esta regla no aplica cuando la energía mecánica es convertida en otras formas, tales como química, nuclear, o electromagnética.conservación de la energmecánica http://peswiki.com/index.php/Mechanical_work

29 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

30 La energía potencial es energía que mide la capacidad que tiene un sistema para realizar trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. http://jersey.uoregon.edu/vlab/PotentialEnergy/ La energía potencial existe en donde quiera que un objeto que tiene masa tiene una posición dentro de un campo de fuerza. El ejemplo mas popular de esto es la posición de objetos en el campo gravitacional de la tierra.

31 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA http://jersey.uoregon.edu/vlab/PotentialEnergy/ En este caso la energía potencial de un objeto esta dada por la relación: PE = mgh En la ecuación, m representa la masa del objeto, h la altura del objeto y g representa la aceleración de la gravedad (9.8 m/(s  s) en la Tierra). A veces (lo diremos en su momento) usaremos U: U = mgh

32 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Función de energía potencial. Sí una fuerza actuando sobre un objeto es una función solamente de la posición, se dice que es una fuerza conservativa, y puede ser representada mediante una función de energía potencial, U, la cual para un caso uni-dimensional satisface la condición derivativa: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pegrav.html#pei

33 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La forma integral de esta relación esintegral Que puede tomarse como una definición de energía potencial. Note que hay una constante de integración arbitraria en esa definición, mostrando que cualquier constante puede agregarse a la energía potencial. Prácticamente, esto significa que puedes fijar la energía potencial en cero en cualquier punto que sea conveniente. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pegrav.html#pei

34 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Energía potencial : mide la capacidad que tiene un sistema para realizar trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Es la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Ejemplos comunes.

35 Use este principio para determinar los espacios en blanco en el siguiente diagrama. Conociendo que la energía potencial en la parte de arriba de la plataforma es 50 J, ¿cuál es la energía potencial en las otras posiciones mostradas en los escalones y en la rampa? PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Energía potencial : http://www.physicsclassroom.com/class/energy/u5l1b.cfm

36 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La Energía Potencial Química es una forma de energía potencial relacionada con los arreglos estructurales de átomos o moléculas. Estos arreglos pueden ser el resultado de enlaces químicos dentro de una molécula u otras formas. La Energía Potencial Química de una substancia química puede ser transformada a otras formas de energía mediante una reacción química. Energía Potencial Química. http://en.wikipedia.org/wiki/Potential_energy

37 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Energía Potencial Química. El término similar potencial químico es usado en química y termodinámica para indicar el potencial de una substancia para sufrir una reacción química. Ya nos veremos luego.

38 Positive and negative particles (ions) attract one another. Two atoms can bond As the particles attract they have a lower potential energy Potential Energy on the Atomic Scale NaCl — composed of Na + and Cl - ions. http://xbeams.chem.yale.edu/~batista/113/chapter6/ch6.ppt

39 Positive and negative particles (ions) attract one another. Two atoms can bond As the particles attract they have a lower potential energy Potential Energy on the Atomic Scale

40 Potential & Kinetic Energy Kinetic energy — energy of motion.

41 Internal Energy (E) PE + KE = Internal energy (E or U) PE + KE = Internal energy (E or U) Int. E of a chemical system depends on Int. E of a chemical system depends on number of particles number of particles type of particles type of particles temperature temperature

42 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Conservación de la energía. Primera ley de la termodinámicaPrimera ley de la termodinámica: es una expresión del principio de la conservación de la energía y establece que la energía puede ser transformada (cambiada de una forma a otra) pero no puede ser creada o destruida. La cantidad total de energía de un sistema aislado permanece constante, pero puede cambiar de una forma a otra.

43 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Conservación de la energía. Primera ley de la termodinámicaPrimera ley de la termodinámica: establece que, al suministrar una determinada cantidad de energía térmica (Q) a un sistema, la energía interna ( Δ U) será igual a la diferencia del incremento de la energía suministrada al sistema (Q) menos el trabajo (W) efectuado por el sistema sobre sus alrededores.energía térmicasistemaenergía trabajo Δ U = Q - W

44 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Trabajo termodinámico: generalización del concepto de trabajo mecánico en mecánica. En termodinámica: trabajo desarrollado por un sistema es la cantidad de energía transferida por el sistema a otro y que es tomada en cuenta en una forma particular, es decir, mediante cambios en las restricciones mecánicas generalizadas sobre el sistema.

45 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Restricciones mecánicas generalizadas: Químicas. Electromagnéticas. Gravitacionales. Presión – volumen. Otros (momento, radiación). La primera ley de la termodinámica está relacionada con cambios en la energía interna de un sistema mediante dos formas de transferencia de energía: Δ U = Q - W

46 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. El trabajo termodinámico se define solamente como medible a partir del conocimiento de tales variables macroscópicas restrictivas. Estas variables siempre se encuentran en pares conjugados: presión y volumen, densidad de flux magnético y magnetización, fracción molar y potencial químico.

47 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. El trabajo termodinámico está definido estricta y completamente mediante sus variables mecánicas externas generalizadas. La otra forma de transferencia de energía es el calor, Q. Este se mide mediante cambios de temperatura de una cantidad conocida de substancia material calorimétrica. Δ U = Q - W El calor, Q.

48 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Esta diferencia entre trabajo y calor es la esencia crucial de la termodinámica. Trabajo: se refiere a formas de transferencia de energía que pueden tomarse en cuenta mediante cambios en las restricciones físicas externas sobre el sistema. Ejemplo: la energía que se utiliza para expandir el volumen de un sistema en contra de una presión externa; empujando un pistón hacia afuera de un cilindro contra una fuerza externa.

49 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. La TermodinamicLa Termodinamica Química estudia el trabajo PV, el cual ocurre cuando cambia el volumen de un fluido. El trabajo PV se representa mediante la siguiente ecuacion diferencial :Química ecuaciondiferencial En donde: W = trabajo hecho sobre el sistema. P = presión externa. V = volumen.

50 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Ejemplo: la energía que se utiliza para expandir el volumen de un sistema en contra de una presión externa; empujando un pistón hacia afuera de un cilindro contra una fuerza externa. En forma integral:. ME FALTA UNA FIGURA PARA VISUALIZAR TRABAJO PV: EL FAMOSO PISTÓN

51 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen.

52 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Transferencia de energía por calor: significa que la energía se transporta hacia o fuera del sistema en la forma de movimiento microscópico de las partículas o mediante radiación térmica. Debido a que, de acuerdo con la ley cero de la termodinámica*, solo hay una clase de calor, es posible definir una variable macroscópica conjugada con la temperatura, la entropía, S. * El calor se transmite del cuerpo más caliente al más frío.

53 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Equilibrio térmico: significa que la temperatura de un sistema no cambia con el tiempo. Ley cero de la termodinámica: es una generalización acerca del equilibrio térmico entre cuerpos o sistemas termodinámicos en contacto. Sean A, B y C tres sistemas termodinámicos o cuerpos. La ley cero puede expresarse como: “si A y C están ambos en equilibrio térmico con B, entonces A también está en equilibrio térmico con C.

54 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. La letra d indica que la energía interna es una propiedad de estado del sistema; por lo tanto, cambios en la energía interna del sistema son diferenciales exactas, dependen solo de los estados inicial y final del sistema y no del camino para llegar de uno a otro. Definición matemática de la primera ley de la termodinámica: la energía interna U de un sistema termodinámico debe de estar completamente tomado en cuenta en términos del calor, δ Q, que entra al sistema menos el trabajo, δ W, hecho por el sistema: dU =  Q -  W

55 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Cuando una diferencial dQ es exacta: La función Q existe; La integral Es independiente del camino seguido.

56 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. En termodinámica, una diferencial inexacta o diferencial imperfecta es cualquier cantidad, particularmente calor Q y trabajo W, que no son funciones de estado, en que sus valores dependen en cómo se lleva a cabo el proceso. El símbolo δ, indica que Q y W son dependientes del camino. Una diferencial exacta es también llamada algunas veces una 'diferencial total ‘.

57 La imposibilidad de que Q y W sean funciones de estado es consistente con el hecho de que no tiene sentido referirse al trabajo en un punto en el diagrama PV; el trabajo presupone un camino. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen.

58 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. El calor y el trabajo no son funciones de estado del sistema: dados los estados inicial y final del sistema, uno solo puede decir cuál fue el cambio total en energía interna pero no cuanto se fue como calor y cuánto cómo trabajo. Las deltas ( δ ) en esta ecuación reflejan el hecho de que las transferencias de calor y de trabajo no son propiedades del estado final del sistema.delta

59 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. La termodinámica química estudia el trabajo PV, el cual ocurre cuando cambia el volumen de un fluido. El trabajo PV se representa mediante la siguiente ecuación diferencial (válida para procesos reversibles y sistemas cerrados):  W = -PdV en donde: W = trabajo hecho sobre el sistema. P = presión externa. V = volumen.

60 Como todas las funciones de trabajo, el trabajo PV es dependiente del camino seguido. Esto significa que la diferencial  W = es una diferencial inexacta. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Trabajo presión - volumen. Función de energía potencial. Sí una fuerza actuando sobre un objeto es una función solamente de la posición, se dice que es una fuerza conservativa, y puede ser representada mediante una función de energía potencial, U, la cual para un caso uni-dimensional satisface la condición derivativa: REVISAR

61 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Ya hemos visto que, sí la ecuación:  U = Q – W, se escribe como: Q =  U + W, definimos una nueva propiedad o término adicional conocido como entalpía, que tiene el símbolo  H, para una reacción a presión constante:  H =  U + P  V Entalpía. Puesto que P = constante, P  V depende de los volúmenes inicial y final del sistema.  H es una variable de estado.

62 Funciones de Estado State function: depends only on the initial and final states of system, not on how the internal energy is used. PRIMERA LEY DE LA TERMODYNAMICA

63 http://www.chem.tamu.edu/class/majors/tutorialnotefiles/enthalpy.htmhttp://www.chem.tamu.edu/class/majors/tutorialnotefiles/enthalpy.htm Hess's Law http://depts.washington.edu/chemcrs/bulkdisk/chem152A_sum04/handout_Lecture02.pdf LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA Entalpía.

64 Entalpía Esbozo – Definición de Capacidad Calorífica (C v and C p ) – Definición de Entalpia (  H) – Calcular  E y  H usando C v and C p LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA

65 Definición de Entalpia Definición Termodinámica de Entalpia (H): H = U + PV U = energía del sistema P = presión del sistema V = volumen del sistema LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICA

66 Definición de Entalpia (cont.) Considera un proceso llevado a cabo a presión constante. Sí el trabajo es de la forma -P  V, entonces:  U = Q p + w = Q p - P  V  U + P  V = Q p Q p es calor transferido a presión constante.

67 Recordar que: H = U + PV  H =  U +  PV) =  U + P  V (P es constante) = Q p O  H = Q p El cambio en entalpia es igual al calor transferido a presión constante. Definición de Entalpia (cont.)

68 Considera la siguiente expresión para un proceso químico :  H = H productos - H reactantes Sí  H > 0, entonces Q p > 0. La reacción es endotérmica Sí  H < 0, entonces Q p < 0. La reacción es exotérmica Cambios de Entalpia.

69 Similar a la discusión previa para la Energía. El calor sale del sistema, la Entalpia decrece (ej., enfriar agua). El calor entra al sistema, la Entalpia incrementa (ej., calentar agua). Cambios de Entalpia.

70 Capacidad Calorífica a Volumen Constante Recuerda lo que vimos antes: (KE) ave = 3/2(RT) (para un gas ideal mono - atómico) La temperatura es una medida de la velocidad molecular. En términos termodinámicos, un incremento en la temperatura del sistema corresponde a un incremento en la energía cinética del sistema ( es decir, T es proporcional a E).

71 (KE) ave = 3/2(RT) (para un gas ideal mono - atómico) ¿Cuánta energía en la forma de calor es requerida para cambiar la temperatura del gas en una cantidad  T? Calor requerido = 3/2R  T = 3/2R (para  T = 1K) Por lo tanto, C v = 3/2 R es el calor requerido para aumentar la temperatura de una mol de un gas ideal en 1K a volumen constante. C v es referido como la capacidad calorífica a volumen constante. Capacidad Calorífica a Volumen Constante

72 ¿Qué pasa a presión constante? En este caso, puede también ocurrir trabajo tipo PV: P  V = nR  T = R  T (para 1 mol) = R (para  T = 1 K) C p = “calor en translación” + “trabajo” = C v + R = 5/2R (para un gas ideal mono - atómico) Capacidad Calorífica a Presión Constante

73 C v para Gases Mono – atómicos ¿Cuáles son los grados energéticos de libertad para un gas mono – atómico? Respuesta: solo translaciones, las cuales contribuyen 3/2R a C v.

74 ¿Cuáles son los grados energéticos de libertad para gases poli – atómicos? Respuesta: translaciones, rotaciones, y vibraciones. Todos los cuales pueden contribuir a Cv (depende de T ). 3 C v para Gases Poli – atómicos.

75 Variación en C p y C v Mono – atómicos: – C v = 3/2 R – C p = 5/2 R Poli – atómicos: – C v > 3/2 R – C p > 5/2 R – Pero….C p = C v + R Unidades: J/mol K

76 Energía y Cv Recordar de la sesión 2: U ave = 3/2 nRT (energía promedio de translación)  U = 3/2 nR  T  U = n C v  T (puesto que 3/2 R = C v ) ¿Por qué es C v ? Estamos considerando calentar nuestro sistema a volumen constante. Como tal, todo el calor va dirigido a incrementar E (no hay trabajo). Revisar.Ver “handout lecture 2”.  U = n C v  T

77 Enthalpy and C p What if we heated our gas at constant pressure? Then, we have a volume change such that work occurs. q p = n C p  T = n (C v + R)  T =  U + nR  T =  U + P  V =  H or  H = nC p  T

78 Keeping Track Ideal Monatomic Gas C v = 3/2R C p = C v + R = 5/2 R Polyatomic Gas C v > 3/2R C p > 5/2 R All Ideal Gases  U = nC v  T  H = nC p  T

79 Example What is q, w,  U and  H for a process in which one mole of an ideal monatomic gas with an initial volume of 5 l and pressure of 2.0 atm is heated until a volume of 10 l is reached with pressure unchanged? P init = 2 atm V init = 5 l T init = ? K P final = 2 atm V final = 10 l T final = ? K

80 Example (cont.) Since P  V = nR  T, we can determine  T.  V = (10 L - 5 L) = 5 L And:

81 Example (cont.) Given this:

82 CONTENIDO DEL CURSO Calculador útil. http://www.shodor.org/unchem/index.html STP or standard temperature and pressure, standard conditions for measurement of the properties of matter. The standard temperature is the freezing point of pure water, 0°C or 273.15°K. The standard pressure is the pressure exerted by a column of mercury (symbol Hg) 760 mm high, often designated 760 mm Hg. This pressure is also called one atmosphere and is equal to 1.01325×10 6 dynes per sq cm, or approximately 14.7 lb per sq in. The density (mass per volume) of a gas is usually reported as its value at STP. Properties that cannot be measured at STP are measured under other conditions; usually the values obtained are then mathematically extrapolated to their values at STP. http://www.answers.com/topic/standard-conditionshttp://www.answers.com/topic/standard-conditions

83 HIPERVÍNCULO PARA ENERGÍA SUPERFICIAL La energía superficial cuantifica la disrupción de los enlaces intermoleculares que ocurren cuando se crea una superficie. En la física de sólidos, las superficies deben ser intrínsecamente menos favorable energéticamente que la mayoría de un material, de otra forma habría una fuerza impulsora para crear superficies, removiendo la mayoría del material (ver sublimacion).sublimacion La energía superficial puede, por lo tanto, ser definida como energía de exceso en la superficie de un material comparada con la del resto o mayoría. http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_energy

84 HIPERVÍNCULO PARA ENERGÍA SUPERFICIAL Have you ever wondered why raindrops are spherically shaped? It’s because of surface tension – or surface energy. Surface energy is a characteristic property of a liquid. The amount of surface energy in a liquid is directly related to the liquid’s surface area. High surface area geometries contain high surface energy levels. Low surface area geometries contain low surface energy levels. http://www.porex.com/by_function/by_function_wicking/surface_energy.cfm http://esperia.iesl.forth.gr/~ujonas/Master_Surf_Chem/lecture_IntroSurfChem_1c.pdf

85 http://physics.nist.gov/cuu/Units/index.html ¡Atracciones futuras! Primera ley de la termodinámica. Termoquímica. Segunda ley de la termodinámica. TEMAS SELECTOS DE FISICOQUÍMICA

86 ¡Atracciones futuras! Principios extremos y relaciones termodinámicas. Equilibrio químico en una mezcla de gases ideales. TEMAS SELECTOS DE FISICOQUÍMICA