Universidad Técnica Nacional
Química I-CB005
Naturaleza y tipos de energía
Cinética
¿Cómo se define la energía?
Radiante
Se define como la capacidad para efectuar trabajo (todos los tipos de energía son capaces de efectuar trabajo, una fuerza a lo largo de una distancia)
Para la química el trabajo se define como el cambio directo de energía que resulta de un proceso.
Tipos de energía:
Naturaleza y tipos de energía
Radiante
Energía proveniente del sol, principal fuente de energía en la tierraTipos de energía:
Química
Energía almacenada en las unidades estructurales de las sustancias. Determinada por el tipo de arreglo de los átomosPotencial
Energía disponible en función de la posición.Energía térmica
Energía asociada al movimiento aleatorio de los átomos y las
moléculas
¿Qué ocurre cuando hay una reacción química?
Se absorbe o se libera energía térmica en forma de calor
¿Cuál es la diferencia entre energía térmica y calor?
Calor
Es la transferencia de energía térmica
entre dos cuerpos a diferentes
temperaturas
Termoquímica
Estudio de los cambios de calor en las reacciones
químicas
Para analizar los cambios de energía se debe definir un sistema de estudio
Sistema
Esa parte específica del universo donde
están las sustancias que experimentan
los cambios físicos y químicos
Termoquímica
Tipos de sistemas termodinámicos:
Sistemas
Abiertos
Sistemas donde se permite el intercambio de masa y
energía
Sistemas
Cerrados
Sistemas
Aislados
Sistemas donde solo se permite el intercambio de
energía pero no de masa
Sistemas donde no se intercambia ni masa ni
Termoquímica
Clasificación de los procesos de transferencia de energía:
Procesos
Exotérmicos
Cualquier proceso que cede calor, o sea que transfiere energía térmica a
los alrededores.
Procesos
Endotérmicos
Cualquier proceso en el cual los alrededores deben suministrar
calor al sistema.
Descomposición del HgO es un proceso endotérmico. Combustión del hidrógeno
Ejercicio
Clasifique los siguientes sistemas como aislados o cerrados:
a)
Café guardado en un termo cerrado
Termodinámica
Estudio científico de la conversión del calor y otras formas de energía.
Útil para comprender la energética y dirección de los procesos.
Primera ley de la termodinámica
Basada en la ley de conservación de energía, establece que la energía se
puede convertir de una forma a otra pero no se puede destruir.
¿Cómo se demuestra su validez?
Midiendo el cambio de la energía interna:
∆𝑬 = 𝑬
𝒇
− 𝑬
𝒊
Termodinámica
Energía Interna
Depende de las energías cinética y potencial
Componente cinético:
Depende de diversos tipos de movimientos de las moléculas y de electrones dentro de las moléculas∆𝑬
𝒔𝒊𝒔𝒕
+ ∆𝑬
𝒂𝒍𝒓𝒆𝒅
= 𝟎
Componente potencial:
Depende de fuerzas de atracción entre electrones y núcleos, así como interacción entre las moléculas.¿Es posible cuantificar estas contribuciones?
Termodinámica
Primera ley en términos de calor y trabajo
∆𝑬 = 𝒒 + 𝒘
En donde
q = Calor, J
w = Trabajo, J
Convención de signos para el calor y el trabajo:
q
+
-
Procesos endotérmicosProcesos exotérmicosw
+
Trabajo de los alrededores sobre el sistema-
Trabajo del sistema sobre losalrededores
Termodinámica
Trabajo mecánico se define como:
𝒘 = 𝑭 ∗ 𝒅
En donde
F = Fuerza, N
d = Distancia, m
Para el caso específico de la expansión o compresión de un gas contenido en un
cilindro, el trabajo se define como:
𝒘 = −𝑷 ∗ ∆𝑽
En donde
𝛥
V
= Cambio de
volumen, m
³
P= Presión, Pa
Ejercicio
Ejercicio
Durante la combustión dentro de un sistema cerrado flexible se verifica una expansión
contra la atmósfera, equivalente a una magnitud de 789J y un calentamiento
Termodinámica
Entalpía de las reacciones químicas
𝑯 = 𝑬 + 𝑷𝑽
Es igual al cambio de
calor a presión constante
Es una función de estado de la termodinámica, donde su variación permite
expresar la cantidad de calor en un proceso a presión constante.
¿Qué es una función
de estado?
A partir de la primera ley:
∆𝑯 = ∆𝑬 + 𝑷∆𝑽
𝒒 = ∆𝑬 + 𝑷∆𝑽
Ejercicio
Termodinámica
El cambio de calor es igual al cambio de entalpía
∆𝑯
𝒓𝒆𝒂𝒄
= 𝑯 𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒕𝒐𝒔 − 𝑯(𝑹𝒆𝒂𝒄𝒕𝒊𝒗𝒐𝒔)
Ecuaciones termoquímicas
Para el caso de las reacciones químicas, el cambio de entalpía esta dado por:
Termodinámica
Consideraciones para trabajar con ecuaciones termoquímicas
•
Siempre identificar los estados físicos y químicos de los
reactivos y productos
•
Si se multiplican ambos lados de la ecuación por un factor
n, entonces las entalpías de reacción también se multiplican
por el mismo factor.
Calorimetría
¿Qué es un calorímetro?
𝐉/𝐠°𝐂
Recipiente diseñado para medir cambios de calor en los procesos
físicos y químicos.
Calor específico
Cantidad de calor requerida para elevar en un grado celcius la temperatura de 1g de
sustancia (S)
Capacidad
calorífica
Calor que se requiere para elevar en 1 grado celcius la temperatura de una determinada
cantidad de sustancia (C)
