Capitulo 3 Calor

7/25/2019 Capitulo 3 Calor

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CAPITULO 3CAPITULO 3Calor y primera ley de laCalor y primera ley de la

termodinmicatermodinmicaFSICOQUMICAFSICOQUMICA

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TermodinmicaTermodinmica

Es la ciencia que estudia la transferencia de energa entreEs la ciencia que estudia la transferencia de energa entre

sistemas y sus cnsecuencias!sistemas y sus cnsecuencias! Est" #asada en ds $rinci$is que sn anterires alEst" #asada en ds $rinci$is que sn anterires al

esta#lecimient de la tera at%mica y mlecular de laesta#lecimient de la tera at%mica y mlecular de lamateria!materia!& 'rimera ley( Mayer )*+,-. /0ule )*+,1. !'rimera ley( Mayer )*+,-. /0ule )*+,1. !& Segunda ley( Claussius )*+23. /4el5in )*+2*.!Segunda ley( Claussius )*+23. /4el5in )*+2*.!


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SistemaSistema

Al objeto de estudio los fisicoqumicos lo denominan : Sistema. Estos

pueden ser slidos, lquidos, gaseosos, o la combinacin que se quiera.

Las propiedades de los sistemas las podemos dividir en etensivas

e intensivas seg!n dependan o no de la cantidad de materia."ntensivas: #resin $ temperatura, densidad. Etensivas: %olumen$ masa&uando las propiedades macroscpicasde un sistema no cambian

con el tiempo, se dice que el sistema se 'alla en equilibrio.


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Sistemas termodinmicosSistemas termodinmicos

Entorno

Sistema

#aredes

(, ), m

*niverso

Sistema + entorno *niverso

Los tipos de paredes determinan el tipo de interaccin entre el sistema$ el entorno. -e esta manera, los sistemas se pueden agrupan

dependiendo del tipo de paredes que posean.


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ParedesParedes

6iat7rmicas( de8an6iat7rmicas( de8antransferir calr!transferir calr!

M%5iles( $ermitenM%5iles( $ermitenintercam#iar tra#a8intercam#iar tra#a8de e9$/cm$!de e9$/cm$!

'ermea#les('ermea#les($ermiten$ermitenintercam#iar materia!intercam#iar materia!

Adia#"ticas( Q:3!Adia#"ticas( Q:3!SistemaSistemat7rmicamentet7rmicamenteaislad!aislad!

Fi8as( ;:3! SistemaFi8as( ;:3! Sistemamec"nicamentemec"nicamenteaislad!aislad!

Im$ermea#les(Im$ermea#les(m:3! Sistemam:3! Sistemamaterialmentematerialmenteaislad!aislad!


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Paredes permeables Permiten pasaje de materia

Paredes impermeables No permiten pasaje de materia

A partir de ahora solo hablaremos de sistemas con paredesimpermeables, a los que se los llama cerrados. Estos solo

intercambian energa. Todas las leyes que veremos son vlidas en

estos sistema!!!!!Paredes "ijas

Paredes adiabticas

Paredes mviles

Paredes diat#rmicas

No permiten trabajo P$

Permiten trabajo P$

Permiten intercambiar calor

No permiten intercambiar calor

A los sistemas con paredes impermeables, fijas $ adiabticas selos conoce como sistemas aislados. Estos no intercambia nimateria, ni energa con el entorno


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Clasificacin sistemasClasificacin sistemas

Abierto

Permeable

Cerrado

Impermeable

Pueden intercambiar

Calor y trabajo

Aislado

Impermeable

Adiabtica

Fija

Lo que ocurre con el sistema

no se transmite al entorno


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&uando las propiedades macroscpicas de un sistema no cambian

con el tiempo, se dice que el sistema se 'alla en equilibrio. Laspropiedades de los sistemas en equilibrio tienen valores definidos.

Equilibrio $ sistemas

Si el sistema esta aislado $ sus propiedades macroscpicas nocambian con el tiempo, se dice que el sistema se 'alla en equilibrio.

Si es sistema no esta aislado, est en equilibrio cuando suspropiedades se mantienen invariantes a lo largo del tiempo $ a!ncuando se lo asla. Si esto no pasa , estaba en un estado estacionario.Ejemplo

En el equilibrio podemos asignar valores definidos a las propiedadesdel sistema. Ejemplo: un recipiente tiene 1gr de agua, a 1 bar de

presin $ a /0 &. Estas propiedades del sistema que caracteri2an elestado, se llaman "unciones de estado.


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Funciones de estadoFunciones de estado

El estad del sistemaEl estad del sistemase caracteri

=Cu"ntas de#en=Cu"ntas de#en

es$ecificarse $araes$ecificarse $araindicar el estad delindicar el estad delsistema>sistema>

'r$iedades'r$iedadese9tensi5ase9tensi5as& 'r$rcinales a la'r$rcinales a la

cantidad de materia!cantidad de materia!E8( m? n? @!E8( m? n? @!

'r$iedades'r$iedadesintensi5asintensi5as

& Inde$endientes de laInde$endientes de lacantidad de materia!cantidad de materia!E8(E8( ? ? BD!? ? BD!


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Cambios en las funcionesCambios en las funcionesde estadode estado

Estad inicialEstad inicial(( TTii?? VVii?? PPii??ii? etc!? etc!

Estad finalEstad final(( TTff?? VVff?? PPff?? ff??etc!etc!

Cam#is al ir desde elCam#is al ir desde elestad inicial al final(estad inicial al final(TT:: TTff//TTiiVV:: VVff//VViiPP:: PPff//PPii:: ff//iietc!etc!

El cambio de altura noEl cambio de altura nodepende del camino: A esdepende del camino: A es

una funcin de estado!una funcin de estado!

La distancia recorridaLa distancia recorridadepende del camino! " nodepende del camino! " noes una funcin de estadoes una funcin de estado


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Procesos y estadosProcesos y estados

#rocesos 3reversibles3irreversibles

3isot4rmicos3isobricos3isocricos3adiabticos

#rocesos

camino 1

camino /

Estado de

equilibrio /

Estado de

equilibrio 1

#roceso: definicin , ejemplo, clasificacin

#ropiedad de las funciones de estado


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Isotrmicos !s adiabticosIsotrmicos !s adiabticos

"sot4rmicos

T%Te&t#aredes diat4rmicas

fijas o mviles

Te&tT'

Adiabticos

#aredes adiabticasfijas o mviles

T'%(Te&t


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Isobricos #s isocricosIsobricos #s isocricos

"sobaricos

P%Pe&t#aredes mviles

diat4rmicas o adiabticas

Pe&tP)

"socricos

#aredes fijasdiat4rmicas o adiabticas

P

)P$%( Pe&t


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Proceso irre!ersibleProceso irre!ersible

P

$

$i%Pi

$i%Pi

&o puedo caracteri'ar el estado del sistema durante la

transformacin! Las #ariables macroscpicas no tienen

#alores definidos! &o se pueden representar (rficamente!


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Proceso re!ersibleProceso re!ersible

a $resi%n s#re ela $resi%n s#re el7m#l se incrementa7m#l se incrementamuy lentamente!muy lentamente!

En cada mment laEn cada mment la PPe9terna difiere ene9terna difiere en dPdPdedela interna!la interna!

El $rces es cuasi/El $rces es cuasi/est"tic!est"tic!

P

$

$i%Pi

$i%Pi

El sistema pasa por una sucesin de estados de equilibrio!

En todo momento las funciones de estado tiene #alores

definidos!


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CalorCalor

*a de"inicin de calor es "undamental para entender "isicoqumica y "ueproblemtica desde sus comien+os. E&perimentalmente se vea que si se

ponan en contacto dos cuerpos con di"erentes temperaturas, pasado un

tiempo, se llegaba a tener los dos cuerpos a la misma temperatura.

gualmente es muy com-n con"undir calor con temperatura.El calor es una "orma de trans"erir energa. *a temperatura est

relacionada, a nivel molecular, con la velocidad de las mol#culas. *os

sistemas que tienen mol#culas movi#ndose rpidamente tienen

temperaturas mas grandes.

uando se ponen en contacto un cuerpo a T/con otro a T0, siendo T/1

T0, las mol#culas del sistema a T/chocan con las otras 2mas lentas3 y les

trans"ieren energa. uando se llega al equilibrio todo el sistema posee

mol#culas movi#ndose a igual velocidad promedio.


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)bser#acin:)bser#acin:

El calor se define para un proceso***El calor se define para un proceso***

La temperatura es una propiedad de los sistemas!La temperatura es una propiedad de los sistemas!Por lo tanto% es correcto +ablar de la temperaturaPor lo tanto% es correcto +ablar de la temperatura

de un sistema y ponerle un #alor! Pero no esde un sistema y ponerle un #alor! Pero no es

correcto +ablar del calor de un sistema% y menoscorrecto +ablar del calor de un sistema% y menos

ponerle un #alor,!el calor slo tiene sentido enponerle un #alor,!el calor slo tiene sentido en

un proceso!un proceso!


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Traba"o de e#pansinTraba"o de e#pansincompresincompresin

ra#a8(ra#a8(& E9$/Cm$!E9$/Cm$!& El7ctric!El7ctric!

& Su$erficial!Su$erficial!& Otrs!Otrs!

=

==

==

f

i

V

V

ext

ext

ext

extx

ext

dVPW

dVPw

dxAPw

dxFwdw

.

.

.

.,

r4

P

d-

Pext

=

==

=

=

f

i

V

V

ext

ext

ext

extx

ext

dVPW

dVPw

dxAPw

dxFw

dw

.

.

.

.,

r4


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O"o con la inte$ral de %O"o con la inte$ral de %

Es una integral de lneaEs una integral de lnea

'ara resl5erla tenems que e9$resar a'ara resl5erla tenems que e9$resar a PPe9te9tcm funci%ncm funci%ndede VV& *.*. PPe9te9tdiferente dediferente de PP:cte:cte

& -.-. PPe9te9t::PP:cte:cte

& .. PPe9te9t::PP:5aria#le )e8( e9$ansi%n? cm$resi%n ist7rmica.:5aria#le )e8( e9$ansi%n? cm$resi%n ist7rmica.


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&epresentacin $rfica&epresentacin $rfica

P

$P

$

Pinicial

= Pext=cteP2)

1)P

$

3)Pext

Pext=cte

=P=P(V)


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CalorCalor

515/

(

)6

T2> T1

q. CdT

qV. CVdT

qP. CPdT


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Capacidad calor'ficaCapacidad calor'fica

Es e9tensi5a!Es e9tensi5a! 6e$ende de c%m se entregue calr!6e$ende de c%m se entregue calr! G est" definida $ara $rcessG est" definida $ara $rcess

ist7rmics!ist7rmics! 6e$ende de la sustancia!6e$ende de la sustancia! 6e$ende del estad de agregaci%n!6e$ende del estad de agregaci%n!

En general de$ende de En general de$ende de


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E-perimento de /ouleE-perimento de /oule

Paredes adiabticas q.0% slo reali'aba trabajo!Paredes adiabticas q.0% slo reali'aba trabajo!

Aumentaba la temperatura% aumentaba la ener(1aAumentaba la temperatura% aumentaba la ener(1a

E = W adiabtico

E = Q solo calentaba

Calentando% tambi2n aumentaba temperaturaCalentando% tambi2n aumentaba temperatura

y en consecuencia% la ener(1ay en consecuencia% la ener(1a


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-,

(PO& )U* +,C,SITA-OS SA.,& ,STO/

a ermdin"mica es esencial $ara la qumica!E9$lica $r qu7 las reaccines tienen lugar y ns $ermite$redecir la cantidad de calr que li#eran y el tra#a8 que

$ueden reali


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Trminos bsicosTrminos bsicos


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-H

Termo0u'micaTermo0u'mica

Termodinmica1 ciencia que trata de ls cam#is de energa que se

$rducen en ls $rcess fsics y qumics! Termo0u'mica1 $arte de la qumica que estudia las transferencias decalr asciadas a las reaccines qumicas& Cu"nt calr se a#sr#e se des$rende en una reacci%n qumica

$r medi de medidas e9$erimentales en ciertas reaccines? $!e8! cm#usti%n $r medi de c"lculs te%rics a $artir de dats medids directamente )$!e8!

reaccines de cm#usti%n. de dats ela#rads a $artir de las medidase9$erimentales )$!e8! reaccines de frmaci%n.

ay sistemas qumicsay sistemas qumicsque e5lucinan deque e5lucinan dereacti5s a $rductsreacti5s a $rducts

des$rendiend energa!des$rendiend energa!Sn las reaccinesSn las reaccinese#otrmicase#otrmicas!!

Otrs sistemasOtrs sistemasqumics e5lucinanqumics e5lucinande reacti5s ade reacti5s a

$rducts $recisand$rducts $recisandenerga! Sn lasenerga! Sn lasreaccinesreaccines

endotrmicasendotrmicas!!


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-1

Uni!erso2 sistema y entornoUni!erso2 sistema y entorno

Sistema1 aquella $arte del uni5ers que se$arams del restmediante lmites definids? reales ficticis? #8et de nuestrestudi!

,ntorno o alrededores( el rest del uni5ers

TIPOS , SIST,-ASsegJn su relaci%n cn el entrn& abierto( $uede intercam#iar materia y energa cn su entrn& cerrado( n intercam#ia materia $er $uede intercam#iar energa cn su

entrn& aislado( n intercam#ia ni materia ni energa cn su entrnK es cm un

uni5ers en si mism

abierto cerrado aislado


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-+

4ariables termodinmicas4ariables termodinmicas

a descri$ci%n del estadode un sistema se reali


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-

Funciones de estadoFunciones de estado

Una funci%n de estad es cualquier $r$iedad que tiene

un Jnic 5alr cuand el estad del sistema est" definid!ienen unienen un !alor 5nico!alor 5nico$ara cada estad del sistema!$ara cada estad del sistema!Una muestra de agua a -?*2 4 y a la $resi%n de una atm%sfera est" en unestad es$ecificad! d : 3?+-3 gNm! Esta densidad es una funci%n Jnica delestad! G im$rta cmose aya esta#lecid el sistema!

Su 5ariaci%n sl de$endeSu 5ariaci%n sl de$ende del estad inicial y final y ndel estad inicial y final y ndel camin desarrlladdel camin desarrllad!! S sn 5aria#les de estadS sn 5aria#les de estad( 'resi%n? 5lumen?( 'resi%n? 5lumen?

tem$eratura? energa interna? ental$a!tem$eratura? energa interna? ental$a! GO sn 5aria#les de estadGO sn 5aria#les de estad( calr? tra#a8( calr? tra#a8


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3

Procesos termodinmicosProcesos termodinmicos

Es una transfrmaci%n en la que un sistema intercam#iaEs una transfrmaci%n en la que un sistema intercam#ia

energa cn su entrn? $asand de un estad inicial deenerga cn su entrn? $asand de un estad inicial deequili#ri a tr estad final de equili#ri!equili#ri a tr estad final de equili#ri!'UE6EG SEL'UE6EG SEL

'rcess re5ersi#les( a tra57s de eta$as tan crtas que'rcess re5ersi#les( a tra57s de eta$as tan crtas quelas 5aria#les del sistema n 5aran a$recia#lemente entrelas 5aria#les del sistema n 5aran a$recia#lemente entreeta$as! El sistema est" en cnstante equili#ri cn eleta$as! El sistema est" en cnstante equili#ri cn elentrn y $uede in5ertirse mediante un cam#ientrn y $uede in5ertirse mediante un cam#iinfinitesimal!infinitesimal!

'rcess irre5ersi#les( el sistema cam#ia tan r"$id que'rcess irre5ersi#les( el sistema cam#ia tan r"$id que

n $uede resta#lecer el equili#ri cn su entrn! Unn $uede resta#lecer el equili#ri cn su entrn! Un$equeP cam#i en las 5aria#les n cnsigue in5ertir el$equeP cam#i en las 5aria#les n cnsigue in5ertir el$rces!$rces!


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*

,ner$'a,ner$'a

La termodinmica estudia la transferencia de ener$'a entre lossistemas f'sicos y su entorno

,ner$'a1 una $r$iedad de un sistema que e9$resa suca$acidad dereali


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-

Criterio de si$nosCriterio de si$nos

55TE6A

' 1 (

) 1 ( ) 7 (

' 7 (

Q>0 calor absorbido por el sistema

Q0 trabajo reali'ado sobre el sistema

W


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,ner$'a,ner$'a

Calor& se mide $r calrimetra

medidas de cam#is de tem$eratura y de ca$acidades calrficas )calreses$ecfics.

A B

QA

AQ BQ=

= / 17 8A A A Am c T T

QA( calr reci#id $r A QB( calr reci#id $r

QB

6Q >6Q , para gas ideal

isotermas


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#ara una transformacin adiabtica

d( dW o #VdT -dV

-e la le$ de los gases se obtiene

n!dT-dV / Vd-

o-dV

n!Vd--dV

#V =

+ -dV

#n!#Vd-

V

V+=

V

dV

-

d-=

"ntegrando se llega a .66 cteV--V ==

=D

,"emplo,"emplo


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,"emplo,"emplo

=

i

f

V

Vn!TW ln

>6

*n mol de gas ideal se mantiene a 6.6& durante una epansin de < a 16L, P&unto trabajo 'a reali2ado el gas durante al epansinQ

P&unta energa se transfiere por calor con los alrededores en esteprocesoQ

Q W

Si el gas regresa a su volumen original por medio de un procesoisobrico, P&unto trabajo efect!a el gasQ

WP7Vf5 Vi8 n!THVi7Vf5 Vi8

,"emplo,"emplo


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,"emplo" p

>1

*n gas inicialmente a


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a ea

>/

*n gas se comprime a presin constante de 6.?66 atm de D.66L a /.66 L. En el proceso salen @66 de energa de gas por

calor, a8 P&ul es el trabajo efectuado por el gasQ b8 P&ul esel cambio en su energa internaQ

Tarea CaseraTarea Casera


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Tarea CaseraTarea Casera

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Capitulo 3 Calor