Conceptos Fundamentales de Termodinámica

Variables y Funciones de Estado

• Variables extensivas: Dependen de la cantidad total de materia presente en el sistema.
• Variables intensivas: No dependen de la cantidad total de materia del sistema.
• Funciones de estado: Solo dependen del estado del sistema y no de las etapas intermedias. Sus variaciones solo dependen del estado inicial y final.

Tipos de Procesos

• Reversibles: Se realizan a través de una serie continua de estados de equilibrio.
• Irreversibles: Durante la transformación, el sistema no está en equilibrio en algún momento.

Conceptos de Calor

• Calor específico: Cantidad de calor necesaria para elevar en un grado la temperatura de un gramo de sustancia.
• Calor latente: Cantidad de calor absorbida o cedida durante el cambio de estado por unidad de masa.
• Calor de reacción: Cantidad de energía calorífica absorbida o cedida por el sistema durante la transformación de reactivos a productos.
• Equivalente en agua de un calorímetro: Cantidad de agua que absorbe la misma cantidad de calor que el calorímetro.

Ecuaciones y Energía

• Ecuación termoquímica: Ecuación química ajustada que indica los reactivos, productos y la cantidad de calor intercambiado.
• Energía interna de un sistema (U): Función de estado extensiva. Suma de las energías potencial y cinética de las moléculas.

Principios de la Termodinámica

Primer Principio de la Termodinámica

El cambio de energía interna de un sistema es la suma del intercambio de calor entre el sistema y el entorno, y el trabajo realizado sobre o por el sistema.

• A volumen constante: El calor es igual a la variación de energía interna (ΔU).
• A presión constante: El calor es igual a la variación de entalpía (ΔH).
• Calor absorbido o cedido para n moles: Qp = n·Cp·ΔT; Qv = n·Cv·ΔT

Entalpía

• Entalpía de reacción (ΔH): Calor puesto en juego en una reacción a presión constante.
• Entalpía de formación (ΔHf°): Calor absorbido o desprendido cuando se forma un mol de compuesto a partir de sus elementos en su estado natural.
• Entalpía de enlace: Variación de entalpía que acompaña a la ruptura de un mol de moléculas en estado gaseoso para dar átomos aislados en el mismo estado.

Ley de Hess

La variación de calor de una reacción química depende únicamente de los estados inicial y final, y es independiente de los estados intermedios. Si una reacción química es la suma algebraica de varias reacciones, el calor de reacción total es la suma algebraica de los calores de reacción parciales.

Cálculo de la Entalpía de Reacción

• A partir de entalpías de formación: ΔH° = Σn·ΔHf°(productos) – Σn·ΔHf°(reactivos)
• A partir de entalpías de enlace: ΔH° = Σ(energías de enlaces rotos) – Σ(energías de enlaces formados)

Diagramas Entálpicos

Representaciones gráficas de las variaciones de entalpía en una reacción química.

Segundo y Tercer Principio de la Termodinámica

Segundo Principio

En un sistema aislado (a volumen constante), los procesos espontáneos ocurren con un aumento de la entropía del universo (ΔS > 0).

Tercer Principio

La entropía de un sólido cristalino perfectamente ordenado, en el cero absoluto de temperatura, es cero.

Energía Libre de Gibbs

• Entalpías libres estándar de formación (ΔGf°): Corresponden a la formación de un mol de compuesto a partir de sus elementos en estado fundamental.
• Variación de energía libre de Gibbs de una reacción (ΔG°): ΔG° = Σn·ΔGf°(productos) – Σn·ΔGf°(reactivos)