tema 1. introducciÓn a la termodinÁmica clÁsica

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