integrantes: cambios de calor y termoquímica, la primera ley de la termodinámica química....
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INTEGRANTES: Francisco Mayo Cardoza, Marisol Salas
Viveros, Abraham Martínez Gomez
Cambios de calor y
termoquímica, La primera
ley de la termodinámica
Química. Ingeniería en Alimentos
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Índice
Introducción………p.2
Termoquímica…p.3
Conceptos previos……p.4
Termodinámica.....p.5
Primera ley de la termodinámica…..p.6
Convenio para los signos de calor y trabajo…..p.6
Definición de trabajo……p.7
Entalpias de formación……p.8
Conclusión…..p.9
Cuestionario….p.10
Ejercicios…..p.11
Hoja de entalpia de formación de compuestos….p.12
Bibliografía……p.13
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Introducción
En este trabajo se hablara de son los cambios de calor y termodinámica y también
la primera ley de la termodinámica, todo lo que se incluye en estos temas en breve
explicación.
La termodinámica es de vital importancia en nuestras vidas ya que estudia a la
energía, su almacenaje y sus diferentes transformaciones; en particular, la
transformación de la energía calorífica (calor) en otras formas de energía y
viceversa.
Se enfatiza la relación entre calor y temperatura como consecuencia de la
capacidad del ser humano de distinguir la existencia de "cuerpos calientes" y
"cuerpos fríos".
Se torna importante la observación y la experimentación con aparatos térmicos
que permiten comprender la importancia de los procesos termodinámicos en
nuestro entorno y como estos afectan el medio en que vivimos y de allí presentar
alternativas de mejoramiento en la conservación del ambiente.
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Termoquímica
Rama de la Química física que estudia los efectos caloríficos que acompañan a
las transformaciones físicas o químicas.
Su fin es determinar las cantidades de energía desprendidas o absorbidas como
Calor durante una transformación, así como desarrollar métodos de cálculo de
dichos movimientos de calor sin necesidad de recurrir a la experimentación.
Las cantidades de calor producidas al quemarse los combustibles o el valor
calorífico de los alimentos son ejemplos muy conocidos de datos termoquímicos.
El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las
moléculas que componen un cuerpo.
Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale,
enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus
átomos se están moviendo.
La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calor que
este contiene o puede rendir).
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Conceptos previos
Sistema: Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está
limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria.
Un sistema abierto: se da cuando existe un intercambio de masa y de
energía con los alrededores
Un sistema cerrado: se da cuando no existe un intercambio de masa con el
medio circundante, sólo se puede dar un intercambio de energía
Un sistema aislado: se da cuando no existe el intercambio ni de masa y
energía con los alrededores El universo es un sistema aislado, ya que la
variación de energía es cero \Delta E = 0.
Frontera: Un sistema posee una frontera que lo delimita. Esa frontera puede ser
material (las paredes de un recipiente, por ejemplo) o imaginarias (una sección
transversal de un tubo de escape abierto, por ejemplo).
La frontera de un sistema puede ser:
Fija (las paredes de un recipiente)
Permeable a la masa o impermeable a ella.
Permeable al calor o impermeable a él.
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¿Qué es la termodinámica?
La termodinamica puede definirse como el tema de la Física que estudia los
procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.
Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a
otro por medios mecánicos. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo
a un segundo cuerpo que está a menor temperatura. O sea, el calor es muy
semejante al trabajo.
El calor se define como una transferencia de energía debida a una diferencia de
temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se
debe a una diferencia de temperatura.
La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas
individuales. El calor es una transferencia de energía, como energía térmica, de un
objeto a otro debida a una diferencia de temperatura.
Al hablar de termodinamica, con frecuencia se usa el término "sistema". Por
sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. El
resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su
"ambiente". Se consideran varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no
entra ni sale masa, contrariamente a los sistemas abiertos donde sí puede entrar o
salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus
formas por sus fronteras.
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Primera ley de la termodinámica
La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma; por lo tanto, la
cantidad de energía en el universo es constante.
Esta ley se expresa como:
∆E=q – W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (q) - Trabajo
efectuado por el sistema (W)
∆E= es la diferencia entre la energía que contiene un sistema en su estado final y
la que poseía en un estado inicial.
q= representa la cantidad de calor que se agrega al sistema cuando pasa del
estado inicial al finales.
W= trabajo efectuado por el sistema en sus alrededores.
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a
que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de
cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle
calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el
calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión
atmosférica.
Convenio de los signos para el trabajo y el calor
q positiva: se agrava calor al sistema
q negativa: se elimina el calor del sistema
W positiva: se elimina energía porque el sistema realiza trabajo (proceso
endotérmico)
W negativa: se agrega energía porque se efectúa trabajo sobre el sistema
(proceso exotérmico).
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W trabajo
El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del
inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en
el Sistema Internacional de Unidades.
En el caso de un sistema termodinámico, el trabajo no es necesariamente de
naturaleza puramente mecánica, ya que la energía intercambiada en las
interacciones puede ser también calorífica, eléctrica, magnética o química, por lo
que no siempre podrá expresarse en la forma de trabajo mecánico.
No obstante, existe una situación particularmente simple e importante en la que el
trabajo está asociado a los cambios de volumen que experimenta un sistema
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Entalpia de formación
La entalpía de formación de un compuesto químico es la variación de entalpía de
la reacción de formación de dicho compuesto a partir de las especies elementales
que lo componen, en su forma más abundante. Por ejemplo, la entalpía de
formación del agua, formada por hidrógeno y oxígeno, sería equivalente a la
entalpía de reacción de hidrógeno diatómico y oxígeno diatómico.
Así, la entalpía de formación de un compuesto es la energía necesaria para formar
un mol de dicho compuesto a partir sus elementos, medida, normalmente, en unas
condiciones de referencia estándar, 1 atm de presión y una temperatura de 298 K
(25 °C).
Esta entalpía es negativa cuando se trata de una reacción exotérmica, que
desprende calor, mientras que es positiva cuando es endotérmica, y resulta nula
para los compuestos que se pueden encontrar en la naturaleza.
∆H reacción= ∆H productos - ∆H reactivos
CaO(s) + H2O(l). Ca(OH)2(s)
CaO(s) -635.5kj/mol
H2O(l) -286.0 kj/mol
Ca(OH)2(s) -986.6kj/mol
∆Hr= (-986.6) - [(-635.5) + (-286.0)]
∆Hr= -65.1
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Conclusión
Con esta exposición nos queda más claro lo que es la termodinámica y sus leyes.
Es muy importante la aplicación de la termodinámica un ejemplo de ello es se
aplicación a los modelos de simulación ha permitido avanzar a la industria de
proceso en el diseño de nuevas plantas y en la operación de las existentes. La
elección del correcto conjunto de ecuaciones que puedan representar las
propiedades físicas y termodinámicas y el equilibrio de las fases fluidas se denota
como etapa crítica para el éxito del proyecto de simulación. A falta de un modelo
termodinámico universal, se han proporcionado unas instrucciones genéricas para
la elección de las ecuaciones.
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Cuestionario
1. ¿Qué es la termodinámica?
R=Rama de la Química física que estudia los efectos caloríficos que acompañan a
las transformaciones físicas o químicas.
2. Enuncie la primera ley de la termodinámica
R= La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma; por lo tanto, la
cantidad de energía en el universo es constante.
3. Defina calor
R= El calor se define como una transferencia de energía debida a una diferencia
de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se
debe a una diferencia de temperatura.
4. ¿Cuál es la fórmula de la primera ley de la termodinámica?
R= ∆E=q – W
5. ¿En qué consiste la energía cinética?
R= va a consistir en diversos tipos de movimientos de electrones dentro de la
molécula.
6. ¿Qué determina la energía potencial?
R= Esta determinaba por fuerzas de atracción de electrones y núcleos y la fuerza
de repeler electrones y núcleos de las moléculas.
7. ¿A que se debe el signo menos en el lado derecho de la ecuación?
R= se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el
sistema.
8. ¿qué condiciones estándar necesita para formal un mol de cualquier
sustancia?
R= 1 atm de presión y una temperatura de 298 K (25 °C).
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EJERCISIOS
Encuentre las entalpias de formación de las siguientes raciones
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Bibliografía
Más información y ejercicios de entalpia de formación
http://joule.qfa.uam.es/beta-
2.0/temario/tema6/tema6.php
Más información para sistemas
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Sistemas_termodin
%C3%A1micos_(GIE)
Tabla de valores de entalpías de formación estándar
http://www.quimitube.com/wp-
content/uploads/2013/04/Tabla-entalpias-estandar-
formacion-compuestos-organicos-e-inorganicos.pdf