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TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA CLÁSICA
TERMODINAMICAFundamentos de Termodinámica
Principios y Propiedades Termodinámicas
Gases Ideales
Propiedades y Cambios Sustancia Pura
Reacciones Químicas
La termodinámica es una ciencia macroscópica que estudia las relaciones entre las diferentes propiedades de equilibrio y macroscópicas de un sistema y los cambios que experimentan las propiedades de equilibrio durantelos procesos. Estudia el calor, el trabajo, la energía y loscambios que provocan en los estados de los sistemas.
Las moléculas del gas no interaccionanNo ocupan volumen
TERMODINAMICA
SISTEMAS TERMODINAMICOSSistema: Parte del universo que es objeto de estudio.Entorno, alrededores, medio ambiente: Resto del universo
Tipos de sistemas
MateriaEnergía
Abierto
Materia
Cerrado
MateriaEnergía
Aislado
Pared diatérmica Pared adiabática
¿Qué separa el sistema de los alrededores?
Paredes
Rígida
Móvil
Adiabática
Diatérmicas
Permeable
Impermeable
Semipermeable
Paredes
Rígidas
Móvil
Sistema CerradoDiatérmica
Pared permeable
Pared semipermeable
Pared impermeable
60ºC 40ºC
60ºC 40ºC 60ºC 40ºC
Pared adiabática
50ºC 50ºC
Pared diatérmica
Si las propiedades macroscópicasintensivas a lo largo de un sistema son idénticas
el sistema de denomina homogéneo
Si por el contrario estas propiedades no son idénticas el sistema se denomina
heterogéneo
Un sistema heterogéneo puede constar de varios sistemas homogéneos a estas partes se les llama fases
En este caso tenemos tres fases, la sal no disuelta , lalasolucisoluci óónn y el vapor de agua
Los sistemas se presentan de diferentes formas ⇒⇒⇒⇒ ESTADOS
caracterizados por VARIABLES termodinámicas
ExtensivasIntensivas
Tipos de variables
•No dependen de la cantidadde materia del sistema
• Ej: T, P, r• No son aditivas
•Dependen de la cantidadde materia del sistema•Ej: m, V• Son aditivas
Variable = Propiedad Termodinámica = Función de EstadoNo dependen de la historia
VARIABLES TERMODINAMICAS
M, P
Partimos por la mitad
M/2, P M/2, P
M: Variable ExtensivaP: Variable intensiva
Funciones de estadoFunciones de estado1) Al asignar valores a unas cuantas, los valores de todas
las demás quedan automáticamente fijados.
2) Cuando cambia el estado de un sistema, los cambios de dichas funciones sólo dependen de los estados inicial y final del sistema, no de cómo se produjo el cambio.
DX = Xfinal –Xinicial
Si X es función de estado se cumple
( , , ....)X f a b c=
, ... , ...
......b c a c
X XdX da db
a b
∂ ∂ = + + ∂ ∂
Altura = función de estadodistancia recorrida no
� Función de estado : variables independientes que definen el estado de un sistema. Constantes a lo
largo del tiempo
EQUILIBRIO
EQUILIBRIO QUIMICO (m = CTE.)
EQUILIBRIO MECANICO (P = CTE.)
EQUILIBRIO TERMICO (T = CTE.)
EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
FUNCIÓN DE ESTADO
LEY CERO DE LA TERMODINAMICA
A CB
EQUILIBRIO TERMICO
EQUILIBRIO TERMICO
A C
EQUILIBRIO TERMICO
Principio cero de la termodinámica
Cuando dos sistemas A y B están en equilibrio térmico con untercero C, A y B también están en equilibrio térmico entre si
PRESIÓN
Fuerza que se ejerce por unidad de área
Unidades 1 Pa = 1 N/m2
1 bar = 105 Pa = 750 mmHg
1 at = 1,01325 bar = 760 mmHg
¿CÓMO PODEMOS MEDIR LA TEMPERATURA?
T = a * X (1)
X : Propiedad del sistema, Volumen, Presión, Fem. etc.
a = 273.16 / XPT, donde X PT es el valor de la propiedad medida en el punto triple del agua.
T = 273.16 / XPT * X (2)
TEMPERATURA [K] [ºC]
• La temperatura es una propiedad intensiva del sistema, relacionada con la energía cinética media de las moléculas que lo constituyen.
• Su cambio supone el cambio repetitivo y predecible en otras propiedades del sistema, lo que permite asignarle u n valor numérico
TERMOPAR
TERMOMETRO DE UN GAS A V=CTE.El volumen del gas permanece constante, pero su presión cambia con la temperatura.El gas puede ser:� H2
� N2
� He
T = 273.16 / PPT * P (3)
P =P0+ h*g*ρ
TEMPERATURAS ABSOLUTAS
T = 273.16 lim PPT →→→→0 (P/ PPT) (4)
373,00373,10
373,20373,30373,40373,50
373,60373,70
0 20 40 60 80 100 120 140
PPT, KPa
TN2
H2
He
Gases independientes marcan la misma temperatura solo cuando PPT tiende a cero
TEMPERATURA CERO.
Escala Kelvin →→→→ Escala Celsius
T (K) = t(ºC) + 273.15 (5)
Temperatura cero
T = 273.16 lim PPT →→→→0 (P/ PPT) (4)
Variación de la presión respecto a la temperatura
REPASO LEYES DE LOS GASES IDEALES
� Ley Boyle:
� Ley Charles:
� Ley Avogadro:
� Ecuación de los gases ideales:
� Ley de Dalton:
.· cteVP =
cteTV =
ncteV =
nRTVP =· R : 8.314 J/mol K o1.987 cal/mol K o 0.082 atm L/mol K
∑=i
iPP PxP ii =
.·
cteT
VP =
Algunas cosas sobre derivadas parciales
En termodinámica se trabaja con funciones de dos o más variables
Sea z una función de las variables x e y, y supongamos que queremos saber como varia z cuando varían x e y, eso lo expresamos como
y x
z zdz dx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂
A partir de esta ecuación se pueden obtener tres identidades útilesentre derivadas parciales
Primeray x
z zdz dx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂
Si y=cte y divido por dz
1y
y y yy
dxdz z z x
dz x dz x z
∂ ∂ ∂ = = = ∂ ∂ ∂
1
y
y
zxxz
∂ = ∂∂ ∂
Segunda
Para un proceso infinitesimal en el que z permanece constante
0 z zy x
z zdx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂ Divido por dyz
0 z z
y z zx
dx dyz z
x dy y dy
∂ ∂ = + ∂ ∂
z
z z
dx x
dy y
∂= ∂
1
y z x
x
z x zyx y yz
∂ ∂ ∂ = − = − ∂∂ ∂ ∂ ∂
multiplico porx
y
z
∂ ∂
1y xz
z x y
x y z
∂ ∂ ∂ = − ∂ ∂ ∂
y x
z zdz dx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂
Tercera
Una función de dos variables independientes tiene las siguientesderivadas parciales ( , )z f x y=
2
2yy y
z z
x x x
∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂
2
2xx x
z z
y y y
∂ ∂ ∂= ∂ ∂ ∂
2
x y
z z
x y x y
∂ ∂ ∂= ∂ ∂ ∂ ∂
2
y x
z z
y x y x
∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂
� Por:
Dr. J.A. Organero Gallegowww.quimicafisica.es
Universidad de Castilla la-ManchaUCLM