TERMOQUÍMICA

¿QUÉ ES LA TERMODINÁMICA? Estudia la energía, el calor y el trabajo; sus relaciones y los cambios que estas propiedades fundamentales producen en los estados de un sistema.

Termoquímica v/s termodinámica Estudia los efectos de calor en procesos de cambio químico, como lo son las reacciones químicas. Estudia los efectos en los cambios de temperatura, presión y volumen de los sistemas a un nivel macroscópico (observable). Se producen a presión o volumen constante. Se estudia el cambio de presión y volumen. Es un proceso irreversible. Es un proceso reversible. Hay un cambio químico. Hay un cambio físico. EJEMPLO: Quemar un papel. Ejemplo : Romper un papel.

¿CÓMO SE DEFINE LA ENERGÍA? Es la capacidad para efectuar un trabajo. Existen diversas formas de energía. Todas las formas de energía se pueden convertir unas en otras.

Energía solar (o radiante): Proveniente del sol es la principal fuente de energía del planeta. Energía térmica: Movimiento aleatorio de los átomos y las moléculas.

Energía química: Es la retenida en alimentos y combustibles. Energía potencial: Es la energía disponible en función a la posición de un objeto con respecto a su altura.

SISTEMAS TERMODINÁMICOS Es lo que se desea estudiar. 2) Entorno Es la zona donde hay un intercambio con el sistema.

3) Límites del sistema Separación (real o imaginaria) entre el sistema y el entorno. 4) Universo: Sistema más entorno.

¡¡¡ VARIABLES DE ESTADO !!! El estado de un sistema El estado de un sistema es la forma de comportarse del sistema en un instante determinado. ¡¡¡ VARIABLES DE ESTADO !!! Ejemplos: Presión, Volumen, Masa, Temperatura, Energía, etc.

TIPOS DE SISTEMAS Sistema abierto: Intercambio de materia y energía con el ambiente. Sistema cerrado: Intercambio de energía con el ambiente (sin intercambio de materia). Sistema aislado: No hay intercambio ni de materia y ni de energía con el ambiente.

Formas de medir la energía La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el sistema internacional (S.I.) es el Joule (J). Otro tipo de medición de energía es la caloría (cal). Su relación es la siguiente: 1 caloría = 4,184 J 1kcal = 4,184 kJ

Ejercicio Calcular la cantidad de energía en Joule (J) que consumes al día considerando: Hombres: 2150 calorías Mujeres: 1780 calorías

¿Cómo se transfiere el calor? La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación.

CONDUCCIÓN Es la transferencia de calor que se manifiesta principalmente en los cuerpos sólidos. Se caracteriza por el pasaje del calor desde los puntos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, sin desplazamiento apreciable de materia.  La conducción acaba cuando ambos cuerpos hasta lograr equilibrio térmico. Ejemplo: Una cuchara metálica en la taza de té.

convección Es la transferencia de calor que se produce en los fluidos (líquidos y gases) por un movimiento real de la materia. Ejemplo: Movimiento de agua en una olla.

RADIACIÓN Es la forma de transmisión en la que el calor pasa de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura, sin que entre ellos exista un vínculo material. Ejemplos: Energía Solar, estufas.

¿Cómo fluye el calor? Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura proceso llamado EQUILIBRIO TÉRMICO.

Calor y trabajo Calor: Es la transferencia de energía que se producen entre dos cuerpos que están a diferente temperatura. Temperatura: Es la medida de calor de un cuerpo representado por su energía cinética. Trabajo: Se define como el producto de la fuerza aplicada por el desplazamiento de un cuerpo.

ENERGÍA INTERNA (U) La energía total de un sistema es la suma de todas las energías cinéticas (Ec) y energías potenciales (Ep) de sus componentes y es conocida como energía interna del sistema (U). Su fórmula es :

EJEMPLO: El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro es de 462 (J). Durante este proceso hay una transferencia de calor de 128 (J) hacia los alrededores. Calcular el cambio de energía para este proceso.

Ejercicios: 1. Un sistema realiza un trabajo de 150 J sobre el entorno y absorbe 80 J de calor. Calcular la variación de energía interna del sistema. 2. Un sistema cerrado recibe 100 J de calor y realiza 125 J de trabajo sobre el entorno. Calcular la energía interna del sistema.

Funciones de estado Para algunas variables en los procesos termodinámicos no dependen del camino recorrido sino que solamente de los estados inicial y final de un sistema. Son propiedades determinadas por el estado de un sistema, sin importar cómo se haya alcanzado esa condición. Algunos ejemplos son presión, volumen, temperatura, entre otras.

¿Cuál fue la variable involucrada en este proceso? T° = 20°C P= 1 atm V=500 mL ¿Qué ocurrió? ¿Cuál fue la variable involucrada en este proceso? T° = 90°C P= 1 atm V=500 mL

Variables termodinámicas También se conocen como variables de estado y permiten que cualquier científico reconstruya las condiciones exactas de un sistema. Estas se clasifican en variables extensivas y variables intensivas. Variables extensivas Variables Intensivas Dependen de la cantidad de materia. Por ejemplo: masa, volumen, calor, longitud. Son independientes de la cantidad de materia. Por ejemplo: temperatura, densidad, punto de ebullición.

PROCESOS TERMODINÁMICOS 1. Procesos Reversibles Al finalizar un proceso, tanto el sistema y el entorno recuperan sus estados iniciales sin cambiar el universo. El proceso reversible es una idealización ya que no existe proceso reversible que sea perfecto. 2. Procesos Irreversibles Es aquel que tras pasar del estado inicial al final es imposible volver al principio sin producir algún cambio en el entorno. Ejemplo: Envejecer.

EJERCICIOS: Realizar los ejercicios de las páginas 22, 27 y actividad 1 de la página 30 de tu libro de Química. ¡¡¡ A TRABAJAR !!!

Calorimetría Para medir cambios de calor se utiliza un Calorímetro. Para medir cambios de temperatura se utiliza un Termómetro. Un calorímetro sirve para medir el calor de las reacciones químicas o cambios físicos, así como la capacidad de calor.

Este instrumento nos permite calcular entalpías estándar para algunos compuestos:

CALOR ESPECÍFICO Y CAPACIDAD CALORÍFICA Capacidad Calorífica (C) Se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar en 1(°C) la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. Capacidad calorífica se expresa por mol o por gramo Expresada en gramo de sustancia se le denomina Calor Específico (s) Expresada por mol de sustancia, se denomina Capacidad calorífica molar (C)

Calor específico El calor específico (s) de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar en 1(°C) la temperatura de un gramo de sustancia. Se mide en (J/g °C)

Ejemplo: Se requieren 209 J para aumentar la temperatura de 50 g de agua en 1 °C. Por tanto, el calor específico del agua es 4,18 J/g°C. Si se deseara aumentar la temperatura de 200 g de agua en 20°C, ¿cuánto calor debe agregarse al sistema?

Ejercicios Desarrollar actividad 2 de la página 30 de tu libro de química. ¡¡¡ A TRABAJAR !!!

Repaso para la prueba… 1. Desarrolla las siguientes preguntas: ¿Qué es la Energía Interna de un Sistema? ¿Qué es el calor? ¿Qué mide el termómetro? ¿Cómo se transfiere el calor? Defina Conducción, Convección y Radiación. Para comprender aún más los conceptos de Termoquímica responde las siguientes preguntas. Y recuerda que si tienes dudas trabaja con tu profesor.

2. Resuelve los siguientes ejercicios: a) El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro es de 650 [J]. Durante este proceso hay una transferencia de calor de 135 [cal] del gas hacia los alrededores. Calcula el cambio de energía para este proceso. b) La energía interna de un sistema es de 650 [J]. Sabemos que el trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro, es de 1250 [J]. ¿Cuánta es la cantidad de calor en este proceso? c) El trabajo realizado cuando se expande un gas en un cilindro es de 84 [cal]. Durante este proceso hay una absorción de calor de 37 [cal] del gas. Calcula el cambio de energía para este proceso expresado en [kcal] y [J].

3. Realiza las siguientes transformaciones de energía a) Transforma de kcal a cal: b) Transforma de J a cal: c) Transforma de kJ a kcal: 23,4 kcal ¿Cuántas calorías son? 64,1 kcal ¿Cuántas calorías son?      630 J ¿Cuántas calorías son? 543 J ¿Cuántas calorías son?      30,3 kJ ¿Cuántas kcal son? 36,3 kJ ¿Cuántas kcal son?