3: Primera Ley de la Termodinámica
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La termodinámica es el estudio de cómo la energía fluye dentro y fuera de los sistemas y cómo fluye a través del universo. La gente lleva mucho tiempo estudiando termodinámica y ha desarrollado mucho el campo, incluyendo la incorporación de matemáticas de alto nivel en el proceso. Muchas de las relaciones pueden parecer engorrosas o complicadas, pero siempre están describiendo lo mismo básico: el flujo de energía a través del universo.
- 3.1: Preludio a la termodinámica
- La termodinámica es el estudio de cómo la energía fluye dentro y fuera de los sistemas y cómo fluye a través del universo. La gente lleva mucho tiempo estudiando termodinámica y ha desarrollado mucho el campo, incluyendo la incorporación de matemáticas de alto nivel en el proceso. Muchas de las relaciones pueden parecer engorrosas o complicadas, pero siempre están describiendo lo mismo básico: el flujo de energía a través del universo.
- 3.2: Trabajo y Calor
- Joule pudo demostrar que el trabajo y el calor pueden tener el mismo efecto en la materia, ¡un cambio de temperatura! Entonces sería razonable concluir que la calefacción, así como realizar trabajos en un sistema aumentarán su contenido energético, y así es la capacidad de realizar trabajos en los alrededores. Esto lleva a un constructo importante de la Primera Ley de la Termodinámica: La capacidad de un sistema para hacer trabajo se incrementa calentando el sistema o haciendo trabajos en él.
- 3.3: Vías reversibles e irreversibles
- Es conveniente utilizar el trabajo de expansión para ejemplificar la diferencia entre el trabajo que se realiza de manera reversible y el que se realiza de manera irreversible. El ejemplo de expansión contra una presión externa constante es un ejemplo de una vía irreversible. No quiere decir que el gas no pueda ser re-comprimido. Sin embargo, significa que existe una dirección definida de cambio espontáneo en todos los puntos de la expansión.
- 3.4: Calorimetría
- Como químicos, nos preocupan los cambios y reacciones químicas. La termodinámica de las reacciones químicas puede ser muy importante en términos de controlar la producción de los productos deseados y prevenir riesgos de seguridad como explosiones. Como tal, medir y comprender la termoquímica de las reacciones químicas no solo es útil, ¡sino esencial!
- 3.5: Dependencia de la temperatura de la entalpía
- A menudo se requiere conocer las funciones termodinámicas (como la entalpía) a temperaturas distintas a las disponibles a partir de datos tabulados. Afortunadamente, la conversión a otras temperaturas no es difícil.
- 3.6: Entalpías de Reacción
- Las entalpías de reacción son importantes, pero difíciles de tabular. Sin embargo, debido a que la entalpía es una función de estado, es posible utilizar la Ley de Hess' para simplificar la tabulación de las entalpías de reacción. La Ley de Hess' se basa en la adición de reacciones. Conociendo la entalpía de reacción para las reacciones constituyentes, se puede calcular la entalpía de una reacción que puede expresarse como la suma de las reacciones constituyentes.
- 3.7: La energía de celosía y el ciclo Nacido-Haber
- Un cambio importante de entalpía es la energía reticular. Esta es la energía necesaria para llevar un mol de un sólido cristalino a iones en la fase gaseosa. Un constructo muy útil en termodinámica es el del ciclo termodinámico. Esto se puede representar gráficamente para ayudar a visualizar cómo se suman todas las piezas del ciclo. Un muy buen ejemplo de ello es el ciclo Born-Haber, que describe la formación de un sólido iónico.
- 3.E: Primera Ley de Termodinámica (Ejercicios)
- Ejercicios para el Capítulo 3 “Primera Ley de la Termodinámica” en el Mapa de Texto de Química Física de Fleming.
- 3.S: Primera Ley de Termodinámica (Resumen)
- Resumen para el Capítulo 3 “Primera Ley de la Termodinámica” en el Mapa de Texto de Química Física de Fleming.