Seminario 1

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Seminario 1
FISICOQUÍMICA

• Primera Ley de la Termodinámica

Versión 2003
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Objetivo de la Fisicoquímica

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

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Fisicoquímica
Termodinámica
Calor
Trabajo
Energía
Universo- Sistema- Alrededores
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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
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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
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SISTEMAS

• Abierto intercambio de materia y energía

• Cerrado intercambio de energía

• Aislado no hay intercambio con los
  alrededores

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ENERGIA DEL SISTEMA (1)
Es una medida de la capacidad de hacer trabajo o
de ceder calor
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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
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PROPIEDADES DEL SISTEMA

• Se utilizan para describir un sistema

• Se clasifican en

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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
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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
Unidades J N . m V. c
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TRABAJO (1)
Aplicación de una fuerza a lo largo de una
distancia
w
Todo trabajo se puede expresar como el producto
de dos términos
dw F x dx
Factor intensivo
Factor extensivo
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TRABAJO (2)
DIFERENTES TIPOS DE TRABAJO
TRABAJO INTENSIVO
EXTENSIVO
F dx Fuerza distancia ?
dA Tensión dA -P dV
Presión dV E. dQ Potencial
dQ
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CALOR
Es la transferencia de energía desde una zona de
mayor a otra de menor temperatura
q
Como toda forma de energía se puede expresar como
el producto entre un factor intensivo y uno
extensivo
dq C x dT
C Capacidad Calorífica
Factor intensivo
Factor extensivo
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CONVENCION DE SIGNOS
q lt 0
w gt 0
S
q gt 0
w lt 0
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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
dw - Pex A dx
dw - Pex dV
dV
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TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (2)
Distintas trayectorias

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

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TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (4)
dw -Pex dV
Expansión reversible (T constante)
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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
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TRABAJO DE COMPRESION Y EXPANSION (5)
P
V
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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
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA (2)
Expresión matemática
Sistema cerrado
DU q w
DU energía interna
Función de estado
No son funciones de estado
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PROCESO TERMODINAMICO
S
S
1
2
U1
U2
DU U2 - U1
En un proceso cíclico DU 0
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TRANSFERENCIA DE CALOR
V constante
dU dq dw
dU dq P dV
dU dqV
DU qV
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ENTALPIA
Condiciones de P constante
H U P V
H es una función de estado
Sistema cerrado P constante sólo w expansión
DH qp
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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
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CAPACIDAD CALORIFICA (1)
Relación entre el calor (dq) transferido al
sistema y la variación de temperatura resultante
(dT)
P constante
V constante
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CAPACIDAD CALORIFICA (2)
Para un gas monoatómico
Cv 3/2R Cp 5/2R
Para un gas diatómico
Cv 5/2R Cp 7/2R
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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
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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