Seminario 1

1
Seminario 1
FISICOQUÍMICA

• Primera Ley de la Termodinámica

Versión 2006
2
Objetivo de la Fisicoquímica

• Comprender los procesos químicos y físicos con
  el fin de poder predecirlos y controlarlos

3
Fisicoquímica
Termodinámica
Calor
Trabajo
Energía
Universo- Sistema- Alrededores
4
Sistema
Porción del universo en estudio
S
A
Parte del universo que rodea al sistema
Alrededores
Superficie o línea imaginaria que define la
extensión del sistema L
Límites
Universo
S
A
L
U A S L
5
El sistema y los alrededores pueden interaccionar
el uno con el otro, a través de los LIMITES
Permeables
Intercambio de materia
Impermeables
No hay intercambio de materia
Diatérmicos
Intercambio de calor
Adiabáticos
No hay intercambio de calor
6
SISTEMAS

• Abierto intercambio de materia y energía

• Cerrado intercambio de energía

• Aislado no hay intercambio con los
  alrededores

7
PROPIEDADES DEL SISTEMA

• Se utilizan para describir un sistema

• Se clasifican en

8
ESTADO DE UN SISTEMA

• Queda definido por una propiedad extensiva y un
  conjunto de propiedades intensivas

2 moles de H2 a P 101 kPA T
298 K
Propiedades intensivas
Propiedad extensiva
9
FUNCION DE ESTADO

• Depende únicamente de los estados inicial y
  final
• No depende del camino seguido por el sistema
  durante el cambio
• Matemáticamente corresponde a una diferencial
  exacta.

DU DH DS DG
Presión Volumen Temperatura
Funciones de estado
Calor Trabajo
No son funciones de estado
10
ENERGIA DEL SISTEMA (1)
Es una medida de la capacidad de hacer trabajo o
de ceder calor
11
ENERGIA DEL SISTEMA (2)
El cambio de energía de un sistema constituye una
función de estado. Esto significa que sólo
depende del estado presente del sistema, el que
se define por un conjunto de propiedades
12
TRABAJO (1)
Aplicación de una fuerza a lo largo de una
distancia
w
Unidades J N . m V. c
Todo trabajo se puede expresar como el producto
de dos términos
dw F x dx
Factor de intensidad
Factor extensivo
13
TRABAJO (2)
DIFERENTES TIPOS DE TRABAJO
TRABAJO INTENSIVO
EXTENSIVO
F dx Fuerza distancia ?
dA Tensión dA -P dV
Presión dV E. dQ Potencial
dQ
14
CALOR
Es la transferencia de energía desde una zona de
mayor a otra de menor temperatura
q
dq C x dT
C Capacidad Calorífica
15
CONVENCION DE SIGNOS
16
TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (1)
En termodinámica la forma más corriente de
realizar trabajo (w), es a través de un cambio de
volumen del sistema
Expansión (Vf gt Vi)
compresión (Vf lt Vi)
dw (-)
dw ()
realizado por el sistema
realizado sobre el sistema
- Pex A dx
dw - Pex dV
dw F dx
dV
17
TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (2)
Distintas trayectorias

• Expansión libre Pex 0
• Expansión irreversible Pex constante
• Expansión reversible Pex Pi

18
PROCESO REVERSIBLE E IRREVERSIBLE
Irreversible
Reversible
El sistema está en contacto con sus alrededores
constantemente. El proceso ocurre a través de una
sucesión de estados de equilibrio
19
TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (3)
dw -Pex dV
Expansión irreversible (P constante)
El gas se expande hasta que la P interna se hace
igual a la P externa
20
TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (3)
Expansión en dos etapas (P constante)
P
P1
I
P
w w1 w2
F
P2
V
V1
V2
V
21
TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (4)
22
TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (4)
Expansión reversible (T constante)
23
TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (5)
P
V
24
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA (1)

• La energía no se crea ni se destruye, se
  transforma y se conserva.

• La energía total de un sistema aislado y del
  universo permanecen constantes.

En los procesos naturales la energía total se
conserva
25
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA (2)
Expresión matemática
Sistema cerrado
DU q w
DU energía interna
Función de estado
No son funciones de estado
26
PROCESO TERMODINAMICO
S
S
1
2
U1
U2
DU U2 - U1
En un proceso cíclico DU 0
27
TRANSFERENCIA DE CALOR
V constante
P constante
dU dq dw
dU ? dqp
dU dq P dV
dU dqV
DU qV
28
ENTALPIA
Condiciones de P constante
H U P V
H es una función de estado
Sistema cerrado P constante sólo w expansión
DH qp
29
TRANSFERENCIA DE CALOR
V constante
P constante
dU dq dw
dH dU d(PV)
dH dq - PdV VdP PdV
dU dq P dV
dH dq VdP
dU dqV
dH dqP
DU qV
DH qp
DH entalpía
30
CAPACIDAD CALORIFICA (1)
Relación entre el calor (dq) transferido al
sistema y la variación de temperatura resultante
(dT)
P constante
V constante
31
CAPACIDAD CALORIFICA (2)
Para un gas monoatómico
Cv 3/2R Cp 5/2R
Para un gas diatómico
Cv 5/2R Cp 7/2R
32
PROCESO ADIABATICO

• No hay ganancia ni pérdida de calor, debido a
  que el sistema en estudio se encuentra aislado de
  sus alrededores (q 0)
• Hay cambio de P, T y V

dU dq dw
dq 0
dU dw
DU w
33
FUNCIONES TERMODINAMICAS PARA LOS DISTINTOS
PROCESOS REVERSIBLES
q
w
?H
? U
PROCESO
Isotérmico - w -nRTlnVf/Vi 0 0
Isobárico nCp ?T -P ?V nCv ?T nCp ?T
Isocórico nCv ?T 0 nCv ?T nCp ?T
Adiabático 0 nCv ?T nCv ?T
nCp ?T