Termodinámica

Annotations:

• Es el estudio general de la energía y sus inter-conversiones. 

1. Sistema abierto

   Annotations:

   • El matraz caliente cede calor a los alrededores mientras se enfría. 
   1. SIstema cerrado

      Annotations:

      • El matraz con una solución caliente con tapón cede calor a los alrededores; se enfría.
      1. Sistema aislado

         Annotations:

         • El matraz caliente embebido en un aislante es una aproximación de un sistema aislado. No se escapa vapor de agua y, al menos durante un tiempo, se transfiere muy poco calor a los alrededores. 
2. la energía no se puede conseguir algo a cambio de nada

   Annotations:

   • No puede existir un dispositivo que produzca energía continuamente sin ningún aporte de energía,
   1. Energía Interna (U)

      Annotations:

      • Suma de las energías cinética y potencial de todas las partículas que componen el sistema. 
      • ∆U = U final - U inicial ∆U = U producto - U reactivo ∆U sistema = - ∆U alrededores
      • Si los reactivos tienen una energía interna mayor que los productos  ∆U Negativo: la energía fluye fuera del sistema hacia los alrededores Si los reactivos tienen una energía interna mayor que los productos ∆U Positivo: La energía es absorbida por el sistema desde los alrededores
      1. ∆U sistema = q + w

         Annotations:

         • q(calor) + el sistema gana e. térmica - el sistema pierde e. térmica
         • w (trabajo) + trabajo es hecho sobre el sistema - trabajo es hecho por el sistema
         • ∆U (cambio energía interna) + la energía fluye hacia el sistema - la energía fluye desde el sistema

1. Energía
   1. Trabajo
      1. Fuerza a través de distancia

         Annotations:

         • w=F*d
   2. Capacidad de Realizar Trabajo
   3. Se puede transferir por calor
   4. Energía Cinética

      Annotations:

      • Energía asociada al movimiento de un objeto
      • Ec= 1/2 m v2 (Joule) Energía cinética es un medio de la masa por la velocidad al cuadrado
      1. Energía Térmica

         Annotations:

         • Movimiento de Particulas
   5. Energía Potencial

      Annotations:

      • Energía asociada con la posición de un objeto Ep= m g hLa energía potencial es igual al producto de la masa por la gravedad por la altura
      1. Energía Química

         Annotations:

         • Posición de electrones y núcleo de átomos
2. La ley de conservación de la energía

   Annotations:

   • La energía no se puede crear ni destruir. Sin embargo, la energía se puede transferir de un objeto a otro y puede adoptar diferentes formas. 
3. Calor y Temperatura

   Annotations:

   • La temperatura es una medida de la energía térmica promedio dentro de una muestra de materia.
   • El calor es la transferencia de energía térmica. La energía térmica siempre fluye de la materia a temperaturas más altas a la materia a temperaturas más bajas. 

1. q ∝ ΔT

   Annotations:

   • Cuando un sistema absorbe calor su temperatura cambia
   1. q = C × ∆T
      1. C

         Annotations:

         • La constante de proporcionalidad entre q y ΔT, medida de la capacidad del sistema para absorber energía térmica sin sufrir un gran cambio de temperatura.
         • Definimos la capacidad calorífica (C) de un sistema como la cantidad de calor necesaria para cambiar su temperatura en 1 °C.
         • C= J / °C Propiedad Extensiva Depende de la cantidad de materia que se calienta
         1. Cs

            Annotations:

            • cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de la sustancia en 1 °C
      2. q = m × Cs × ∆T
         1. q sistema = - q alrededores

            Annotations:

            • Si suponemos que las dos sustancias están aisladas térmicamente de todo lo demás, entonces el calor perdido por una sustancia es exactamente igual al calor ganado por la otra (según la ley de conservación de la energía).
2. Trabajo Presión-Volumen

   Annotations:

   • Ocurre cuando una fuerza (causada por un cambio de volumen) actúa a lo largo de una distancia contra una presión externa.
   1. w = F * D
      1. F = -Pext * A
      2. w = -Pext * A * Δℎ
         1. w = -Pext * ΔV
         2. ΔV= A*Δℎ

1. q = m × Cs × ∆T

   Annotations:

   • Calor
2. w = -Pext * ΔV

   Annotations:

   • Trabajo
   1. ΔV = 0
      1. W = 0
3. ΔUrxn = qv
   1. q cal = Ccal×∆T

      Annotations:

      • El cambio de temperatura (ΔT) está relacionado con el calor absorbido por todo el conjunto calorimétrico (q cal) mediante la ecuación:
      • Ccal es la capacidad calorífica de todo el conjunto calorimétrico.
      1. qcal = -qrxn
         1. qrxn = qv = ∆U rxn
            1. ∆U rxn = q rxn / mol (compuesto)

               Annotations:

               • Si te dan en gramos el compuesto tienes que transformalo a mol según la tabla periodica
4. Bomba Calorimétrica

   Annotations:

   • Un equipo que mide ∆U para reacciones de combustión.  Una bomba calorimétrica, la reacción ocurre en un recipiente sellado llamado bomba, lo que asegura que la reacción ocurre a volumen constante.

1. H

   Annotations:

   • La suma de su energía interna y el producto de su presión y volumen
   1. H = U + VP
      1. ΔH = ΔU + PΔV

         Annotations:

         • El cambio de entalpía (Δ!) para cualquier proceso que ocurre bajo presión constante viene dado por la expresión
         1. ΔH = (qp + w) + PΔV
            1. ΔH = (qp + w) -w
               1. ∆H = qp

                  Annotations:

                  • ΔH es igual al calor a presión constante (qp)
2. Diferencia entre ΔH y ΔU

   Annotations:

   • ΔU es una medida de toda la energía (calor y trabajo) intercambiada con los alrededores
   • ΔH es una medida únicamente del calor intercambiado en condiciones de presión constante
   • Para reacciones químicas que producen o consumen grandes cantidades de gas y, por lo tanto, dan lugar a grandes cambios de volumen, ΔH y ΔU pueden diferir ligeramente en valor
   1. ΔH positivo

      Annotations:

      • indica que el calor fluye desde los alrededores hacia el sistema a medida que ocurre la reacción
      1. Endotérmica

         Annotations:

         • Absorbe calor de sus alrededores
         •  los enlaces fuertes se Rompen y se forman los débiles. Los núcleos y los electrones se reorganizan en una disposición con mayor energía potencial, absorbiendo energía térmica en el proceso.
   2. ΔH negativo

      Annotations:

      • indica que el calor fluye desde el sistema hacia los alrededores a medida que ocurre la reacción
      1. Exotérmica

         Annotations:

         • Desprende calor de sus alrededores
         • los enlaces débiles se rompen y se forman enlaces más fuertes. Sólo se necesita una pequeña cantidad de energía para romper los enlaces débiles

1. Calorímetro

   Annotations:

   • El calorímetro consta de dos tazas de café de poliestireno, una insertada en la otra, para proporcionar aislamiento del entorno del laboratorio.
   1. La masa de la solución.

      Annotations:

      • La reacción se produce en una cantidad de solución específicamente medida dentro del calorímetro
   2. q rxn = -q soln

      Annotations:

      • El calorímetro aislado evita que el calor se escape, por lo que suponemos que el calor ganado por la solución es igual al perdido por la reacción (o viceversa):
      1. q rxn = q p = ΔH rxn

         Annotations:

         • Esta cantidad medida es el calor de reacción para la cantidad específica (que se mide con anticipación) de reactivos que reaccionan.
         1. ΔH rxn

            Annotations:

            • Para encontrar ΔH rxn por mol de un reactivo particular, dividimos por el número de moles que realmente reaccionaron,
   3. q = m × Cs × ∆T

      Annotations:

      • Si conocemos la capacidad calorífica específica de la solución, que normalmente se supone que es la del agua, podemos calcular q soln, el calor absorbido o perdido por la solución (que actúa como el entorno) u
2. Reacciones acuosas

   Annotations:

   • podemos medir ΔH rxn de manera bastante simple usando el calorímetro de taza de café.
3. Presión Constante vs Volumen Constante

   Annotations:

   • La misma reacción, con exactamente la misma cantidad de reactivo, se lleva a cabo en una bomba calorimétrica y en un calorímetro de taza de café. E
   1. Volumen Constante

      Annotations:

      • Cuando se produce una reacción química en un recipiente sellado en condiciones de volumen constante, la energía se desprende sólo en forma de calor.
   2. Presión Constante

      Annotations:

      • Cuando se produce una reacción química al aire libre en condiciones de presión constante ,la energía puede evolucionar tanto en forma de calor como de trabajo
   3. En conclusión

      Annotations:

      • En conclusión, el valor de q rxn con mayor magnitud debe provenir del calorímetro de la bomba. En una bomba calorimétrica, todo el cambio de energía que se produce en el curso de la reacción toma la forma de calor (5)
      • En un calorímetro de taza de café, la cantidad de energía liberada en forma de calor puede ser menor porque parte de la energía puede usarse para realizar trabajo (w).

1. ΔH rxn

   Annotations:

   • Se denomina entalpía de reacción o calor de reacción y depende de la cantidad de material que experimenta la reacción.
2. Relaciones Cuantitativas

   Annotations:

   • Si una ecuación química se multiplica por algún factor, entonces ΔH  también se multiplica por el mismo factor.
   • Si se invierte una ecuación química, entonces ∆H rxn cambia de signo
   1. Ley De Hess

      Annotations:

      • Si una ecuación química se puede expresar como la suma de una serie de pasos, entonces ∆H rxn para la ecuación general es la suma de los calores de reacción de cada paso.

1. Estado Estándar ∆H

   Annotations:

   • Para un gas: el estado estándar de un gas es gas puro a una presión de exactamente 1 atm.
   • Para un líquido o un sólido: el estado estándar de un líquido o un sólido es la sustancia pura en su forma más estable a una presión de 1 atm y a la temperatura de interés (a menudo considerada 25 °C).
   • Para una sustancia en solución: el estado estándar de una sustancia en solución es una concentración de exactamente 1 M.
   1. Cambio de Entalpía Estándar ∆H°

      Annotations:

      • El cambio de entalpía de un proceso cuando todos los reactivos y productos están en sus estados estándar. El signo de grado indica estados estándar.
      1. La Entalpía estándar de formación ∆Hf°

         Annotations:

         • Para un compuesto puro: el cambio de entalpía cuando se forma 1 mol del compuesto a partir de sus elementos constituyentes en sus estados estándar.
         • Para un elemento puro en su estado estándar: ∆Hf°
         1. + ∆H f°

            Annotations:

            • La entalpía estándar de formación corresponde a la formación de un compuesto a partir de sus elementos constitutivos en sus estados estándar
         2. - ∆H f°

            Annotations:

            • el negativo de la entalpía estándar de formación corresponde a la descomposición de un compuesto en sus elementos constitutivos en sus estados estándar: