FISICOQUÍMICA Primera Ley de la TERMODINÁMICA Kemeía: la diosa de la transmutación (cambio).

Fisicoquímica La fisicoquímica es la parte de la química que describe los procesos químicos con el enfoque cuantitativo de la física. El propósito de la fisicoquímica es comprender, predecir y controlar los procesos químicos para su utilización.

Termodinámica El capítulo inicial de la Fisicoquímica es la Termodinámica que trata de los intercambios de energía y de la espontaneidad de los procesos. La energía el trabajo, y el calor tienen las mismas dimensiones y las mismas unidades (J, cal, eV, etc).

Equivalencia de los trabajos mecánicos y eléctricos en términos de energía y calor Eléctrico: 1 voltio-culombio (el paso de un culombio por una diferencia de potencial de 1 voltio) 1 voltio-culombio = 1 J Calor: la caloría, cantidad de calor para elevar en 1 °C la temperatura de 1 ml de agua a 20 °C 1 caloría = 4.184 J

La Termodinámica define Universo = Sistema + Entorno* Sistema (S): Porción del universo en estudio Entorno (E): La parte del universo que rodea al sistema Frontera (F): Superficie o línea imaginaria que define la extensión del sistema. * también ambiente

Sistema inicial para el estudio de las relaciones entre trabajo, calor y energía Embolo (pistón) móvil Cilindro Gas Moléculas del gas

Trabajo Propiedad termodinámica. Se realiza trabajo cuando un cuerpo se mueve contra una fuerza opuesta, como cuando un gas se expande, empuja un émbolo y levanta un peso (trabajo de expansión).

En la realización de un trabajo de expansión hay un movimiento ordenado del pistón, lo que implica una utilización del movimiento molecular caótico En la expansion de un gas: (1) los choques elásticos contra las paredes del cilindro, no implican pérdida de energía cinética; y (2) los choques contra el pistón se descomponen en dos vectores, un vector de movimiento lateral, y otro vector, de movimiento paralelo al eje del pistón. Los segundos, sumados, le confieren movimiento al pistón y constituyen el trabajo).

Para la realización de un trabajo eléctrico a partir de una reacción química en una pila (otro sistema), se requiere un ordenamiento espacial de los reactivos: Solución (caótico) Pb2+ Zn SO42- Pb Zn2+ SO42- Calor Pila (ordenado) Pb Pb2+ Pb2+ Pb Pb SO42- e - SO42- Pb2+ SO42- SO42- SO42- Zn2+ Zn2+ Zn SO42- Zn Zn2+ Zn

Distinción molecular entre calor y trabajo como energía transferida del sistema al medio Calor: movimiento caótico a caótico Paredes fijas Trabajo: movimiento caótico a ordenado Pistón (metal) Sistema (gas) Pistón móvil

U Energía Interna del Sistema (U) Calor (Q) Trabajo (W) La sumatoria de las energías del sistema (prácticamente inmedible en términos absolutos) Calor (Q) Trabajo (W) La energía es: (a) macroscópicamente, la capacidad de hacer trabajo o de transformarse en calor, incluído el calor mismo, y (b) microscópicamente, una medida del movimiento molecular. La termodinámica, desarrollada para ser macroscópica, se enriquece con la consideración del nivel molecular.

U Energías Internas de Sistemas Energías macroscópicas Energía mecánica gravitacional: Una persona subiendo 100 m (mhg): 65 kg a 100 m = 63.8 kJ 2. Energía mecánica cinética: Una persona corriendo (0.5 mv2): 65 kg a (18 m/seg) = 10.5 kJ Trabajo de expansión de un gas (un cilindro de automóvil) de 0.05 L a 0.40 L a 1 atm: 0.35 x 1 x 0.082 x 393 = 11.3 J a 4000 rpm, 4 cilindros = 181 kJ/min

U Energías Internas de Sistemas Energías moleculares (microscópicas) (298 K): Energía cinética molecular 1.1. Traslación. He, 3/2 RT, teórico y real = 3.7 kJ/mol 1.2. Traslación, rotación y vibración a) H2, teórico 7/2 RT, 8.7 kJ/mol, real = 6.1 kJ/mol b) CO2, teórico 13/2 RT, 26.0 kJ/mol, real = 13.9 kJ/mol 2. Energía electrónica (reacción química): 1.1. Combustión (2 H2 + O2 => H2O) = 242 kJ/mol 1.2. Neutralización (H+ + HO- => H2O) = 58.0 kJ/mol 1.3. Redox (Zno + Cu2+ => Zn2+ + Cuo) = 212.3 kJ/mol 3. Energía nuclear (mc2): 1.1 (Fisión) 235U => 142Ba + 92Kr + 2 no (Dm = 7.5 x 10-26 g/mol) = 1.8 x 1010 kJ/mol 1.2 (Fusion) 2H => 3H + H = 3.9 x 108 kJ/mol

DU = Q + W (forma integrada) LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma y se conserva (1840) PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA DU = Q + W (forma integrada)

Primera Ley de la Termodinámica La energía se conserva, no se crea ni se destruye, solo se transforma. Fenómeno molecular subyacente Los choques elásticos de las moléculas Corolario de la Primera Ley Hagas lo que hagas no podrás ganar.