Your SlideShare is downloading. ×
0
Materia y energía: una constante        transformación
Conocer conceptos básicos de la termodinámica: universo, sistema, entorno ylímite.Identificar procesos exotérmicos, endoté...
Sistema y entornoA nuestro alrededor están habitualmente ocurriendo reaccionesquímicas.Por ejemplo, cuando se quema un pap...
Para lograr una visión más completa de una reacción química esnecesario tener en cuenta el punto de vista termodinámico, e...
Hay tres tipos de sistemas.Un sistema abierto puede intercambiar materia yenergía con su entorno. Por ejemplo, una cierta ...
Sistemas y variables de estadoYa conocidos los tipos de sistemas materiales, analizaremos ahora lasvariables que los regul...
Por ejemplo, si se tiene un sistema gaseoso, es decir, un gas dentro deun recipiente cerrado, será suficiente con conocer ...
Analizaremos también, un conjunto de variables que dependenexclusivamente del estado inicial y el estado final del sistema...
Es la termodinámica una rama de la ciencia que nació a mitaddel siglo XIX; estudia las reacciones entre calor y otras clas...
• Una cantidad de energía que es medible macroscópicamente.• Una cantidad de energía almacenada en su interior debido a su...
¿Qué relación hay entre calor y trabajo?Gran cantidad de transformaciones que sucedenintercambian con el entorno solo calo...
El calor (q) es una cantidad de energía que se transmitedurante un proceso en el cual hay una diferencia detemperatura ent...
Todos los cuerpos irradian energía.Por ejemplo, luego de haber corrido por largotiempo, tu cuerpo emitirá calor por radiac...
Calor y temperaturaTodos sabemos que la temperatura en verano es mayor que eninvierno, por eso decimos que en esta época “...
El calor puede transmitirse por tres vías: conducción, convección y radiación.En el cuadro siguiente veamos algunos ejempl...
Primera ley de la termodinámicaDiversos experimentos, realizados entre 1830 y 1850, pusieron de manifiestola equivalencia ...
Para señalar el sentido de este intercambio se haadoptado la siguiente convención de signos:• Cuando un sistema absorbe ca...
Termoquímica: energía en las reacciones químicasTodas las reacciones químicas transcurren con un intercambio deenergía con...
En la naturaleza hay dos procesos fundamentales de transferencia deenergía: la fotosíntesis y la respiración celular.Cuand...
La entalpía: primera variable termodinámicaLas reacciones químicas pueden ser medidas y, en mayor o menorgrado, ser contro...
En una reacción endotérmica, aumentala entalpía del sistema;en una reacción exotérmica, la entalpía delsistema disminuye.C...
Los químicos han logrado medir la energía que se absorbe olibera al romperse o formarse un enlace entre átomos o moléculas...
Toda reacción química obedece a dos leyesfundamentales: la ley de conservación de la masay la ley de conservación de la en...
Ley de HessSi los químicos necesitaran tabular el cambio deentalpía (ΔH) en cada una de las miles de reaccionesquímicas qu...
En 1840, basándose en esta observación, Germain Henri Hess(1802-1850) postuló que: “la variación de entalpía que tieneluga...
La ecuación termoquímica indica las relaciones demasa y de entalpía, y el estado, (s), (l) o (g), en quese encuentran los ...
En los sistemas químicos hay transformación de materia, es decir,rompimiento y formación de nuevos enlaces. En los sistema...
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Materia y energía
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Materia y energía

707

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
707
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
18
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Transcript of "Materia y energía"

  1. 1. Materia y energía: una constante transformación
  2. 2. Conocer conceptos básicos de la termodinámica: universo, sistema, entorno ylímite.Identificar procesos exotérmicos, endotérmicos, espontáneos y noespontáneos que ocurren en la vida cotidiana.Definir y comprender los parámetros termodinámicos de: entalpía, entropía yenergía libre, y aplicarlos a las reacciones químicas.Relacionar los cambios energéticos en una reacción con la ruptura yformación de enlaces químicos.Desarrollar actividades experimentales relativas a la identificación de lasvariables de un sistema, comprobación de reacciones exotérmicas yendotérmicas y verificación de la espontaneidad en una reacción.Conocer ejemplos de reacciones químicas espontáneas que ocurren en elentorno.Determinar, de acuerdo al valor de la energía libre, si la reacción química esespontánea, no espontánea o está en equilibrio.Calcular el balance energético en reacciones químicas, siguiendo un métodode resolución de problemas.Valorar el estudio de la Química en cuanto aporta al conocimiento de lamateria y a los cambios que experimenta, en situaciones cotidianas.
  3. 3. Sistema y entornoA nuestro alrededor están habitualmente ocurriendo reaccionesquímicas.Por ejemplo, cuando se quema un papel o un combustible; cuandoun objeto metálico se oxida; incluso ocurren dentro de nuestropropio cuerpo.Si bien en las reacciones químicas es importante saber lascantidades de las sustancias que reaccionan y las que seproducen, la variación de energía entre los reactantes y productostiene el mismo o mayor interés. Por ejemplo, las reacciones decombustión, como la del gas natural en la cocina, se llevan a caboen la vida cotidiana, principalmente por la energía térmica queliberan, más, que por las cantidades de los productos obtenidos.
  4. 4. Para lograr una visión más completa de una reacción química esnecesario tener en cuenta el punto de vista termodinámico, esdecir, considerar la energía involucrada en el proceso, sea energíatérmica u otras formas de energía.Antes de comenzar el estudio de los cambios energéticos en lasreacciones químicas, definiremos dos conceptos: sistema yentorno.Observemos el esquema que aparece a la izquierda. El sistemaes lo que se desea estudiar, es una parte específica del universode interés para nosotros.Para los químicos, los sistemas son las sustancias involucradasen cambios físicos y químicos. El entorno es todo lo que rodeaal sistema material. A la separación del sistema, real oimaginaria, con su entorno, se le llama límite del sistema.
  5. 5. Hay tres tipos de sistemas.Un sistema abierto puede intercambiar materia yenergía con su entorno. Por ejemplo, una cierta cantidadde agua en un recipiente abierto.Ahora, si se cierra el recipiente, se forma un sistemacerrado, ya que el vapor de agua (materia) no puedeescapar ni condensarse en el recipiente. En un sistemacerrado no hay transferencia de materia, solo deenergía.Al colocar el agua en un frasco totalmente aislado, porejemplo, dentro de un termo, se forma un sistemaaislado, el cual no posibilita la transferencia de lamateria ni dela energía.
  6. 6. Sistemas y variables de estadoYa conocidos los tipos de sistemas materiales, analizaremos ahora lasvariables que los regulan. Para describir un sistema, es necesario conocerel valor de una serie de variables que determinan el estado inicial (Est i) yel estado final (Est f) del sistema, a estas se les llama variables deestado, como son: volumen,presión, temperatura y masa.Por ejemplo, si se tiene un sistema gaseoso, es decir, un gas dentro de unrecipiente cerrado, será suficiente con conocer la presión, la temperatura yel volumen para describir perfectamente su estado inicial. Si al gas se leaplica presión, todo el tiempo se comportará de la misma manera:disminuirá su volumen, siempre y cuando la temperatura permanezcaconstante. Debes tener en cuenta que el estudio de un sistema se facilita allimitar el número de variables, manteniendo fijas algunas de ellas.
  7. 7. Por ejemplo, si se tiene un sistema gaseoso, es decir, un gas dentro deun recipiente cerrado, será suficiente con conocer la presión, latemperatura y el volumen para describir perfectamente su estadoinicial. Si al gas se le aplica presión, todo el tiempo se comportará dela misma manera: disminuirá su volumen, siempre y cuando latemperatura permanezca constante. Debes tener en cuenta que elestudio de un sistema se facilita al limitar el número de variables,manteniendo fijas algunas de ellas. (Ver figura a la izquierda).Analizaremos también, un conjunto de variables que dependenexclusivamente del estado inicial y el estado final del sistema y no delmecanismo que sigue el proceso cuando pasa de un estado a otro;las llamaremos funciones de estado. Algunas de estas son:temperatura, entalpía y entropía.
  8. 8. Analizaremos también, un conjunto de variables que dependenexclusivamente del estado inicial y el estado final del sistema y no delmecanismo que sigue el proceso cuando pasa de un estado a otro; lasllamaremos funciones de estado. Algunas de estas son:temperatura, entalpía y entropía.Por ejemplo, si se tiene un vaso con una solución de agua con sal (Esti) yquieres obtener la sal por evaporación del agua (Estf), la energía térmicadel estado final deberá ser mayor a la del estado inicial (agua-sal a 25 ºC)y esta diferencia será la misma ya sea que: aumentes la temperatura enforma brusca, dividas el volumen de agua en dos o tres vasos o demoresmayor o menor tiempo en hervir el agua, siempre deberá llegar al puntode ebullición de la solución acuosa. Es claro que el gasto de tiempo y deenergía en cada una de las experiencias es diferente, pero no nosinteresa la energía o tiempo que se gasta o malgasta, solo importa ladiferencia de energía que poseerá el sistema al pasar del estado inicial alfinal.
  9. 9. Es la termodinámica una rama de la ciencia que nació a mitaddel siglo XIX; estudia las reacciones entre calor y otras clases deenergía, así como el uso eficiente de los recursos energéticos.La termodinámica se basa en dos principios fundamentales quecomprenderemos en esta unidad:• La energía del Universo es constante.• El desorden del Universo aumenta constantemente. El estudio de los principios termodinámicos en esta unidad, hará posible una mayor comprensión de nuestro entorno. Energía, trabajo y calorEl desarrollo de la termodinámica no se llevó a cabo hasta que sediferenciaron y clarificaron los conceptos de energía, trabajo ycalor.La energía se conoce como la capacidad de un sistema paraproducir trabajo.Cualquier sistema químico, a una presión y temperaturadadas, posee:
  10. 10. • Una cantidad de energía que es medible macroscópicamente.• Una cantidad de energía almacenada en su interior debido a sucomposición, que llamamos energía interna (E).Imagina que tienes un sistema cerrado que contiene 200 g deagua a la temperatura ambiente. Es posible aumentar suenergía interna calentando el agua o agitándola con una varilla.En el primer caso, se entrega calor al sistema y en el segundo,trabajo; pero en ambos casos, debido al incremento de latemperatura, aumenta el movimiento de las moléculas y el valorde la energía interna del sistema.
  11. 11. ¿Qué relación hay entre calor y trabajo?Gran cantidad de transformaciones que sucedenintercambian con el entorno solo calor (q) ytrabajo (w), de ahí que la variación de energíainterna (ΔE), al pasar de una situación inicial a otrafinal, pueda ser representada así:ΔE = Ef – Ei ΔE = q + wEl calor intercambiado por el sistema más eltrabajo realizado sobre el sistema es igual a lavariación de energía interna del sistema.
  12. 12. El calor (q) es una cantidad de energía que se transmitedurante un proceso en el cual hay una diferencia detemperatura entre el sistema y sus alrededores.El trabajo (w) es una acción que modifica al sistemamismo o a sus alrededores.
  13. 13. Todos los cuerpos irradian energía.Por ejemplo, luego de haber corrido por largotiempo, tu cuerpo emitirá calor por radiación. En estecaso estarás ”perdiendo” calor. Si no irradiáramoscalor, la temperatura de nuestro cuerpo aumentaríaexcesivamente, lo que provocaría alteraciones queafectarían nuestra salud. La radiación permite anuestro organismo ceder calor y regular así latemperatura corporal.
  14. 14. Calor y temperaturaTodos sabemos que la temperatura en verano es mayor que eninvierno, por eso decimos que en esta época “tenemos calor”. Sinembargo, desde el punto de vista termodinámico la idea de“contener calor” no es correcta. En realidad lo correcto es decir queen verano el sol transfiere mayor energía térmica que en invierno.El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otrocomo consecuencia de una diferencia de temperatura.La transmisión de calor de un sistema a otro, ocurre hasta que sealcanza el equilibrio térmico, es decir, ambos sistemas alcanzan lamisma temperatura.La temperatura es una medida de la energía cinética de lasmoléculas de un sistema. Cuando un sistema recibe calor,aumenta la velocidad con que se mueven dichas moléculas. Amayor energía cinética mayor será la temperatura, y viceversa.
  15. 15. El calor puede transmitirse por tres vías: conducción, convección y radiación.En el cuadro siguiente veamos algunos ejemplos:
  16. 16. Primera ley de la termodinámicaDiversos experimentos, realizados entre 1830 y 1850, pusieron de manifiestola equivalencia y conservación de todas las formas de energía. Esta situaciónpermitió a Julius Mayer (1814-1887) y James Joule (1818-1889), entreotros, enunciar el principio de conservación de la energía, que dice: ”laenergía total del Universo es constante; la energía no se crea ni sedestruye, solo se transfiere entre un sistema cerrado y su entorno”.Este principio no se demuestra, sino que se deduce de nuestra experienciacotidiana y del conocimiento adquirido sobre el comportamiento de la materia.Su validez ha sido constatada repetidamente, sin que, hasta elmomento, ningún fenómeno lo pueda contradecir.La primera ley de la termodinámica no es más que otra manera de expresarel principio de conservación de la energía. En química, un sistema, porejemplo un matraz en el que se produce una reacción, puede intercambiarenergía con el medio que lo rodea: recibiendo o cediendo calor.
  17. 17. Para señalar el sentido de este intercambio se haadoptado la siguiente convención de signos:• Cuando un sistema absorbe calor, el valor de q espositivo, y aumenta su energía interna.• Cuando el sistema libera calor, el valor de q esnegativo, y disminuye su energía interna.
  18. 18. Termoquímica: energía en las reacciones químicasTodas las reacciones químicas transcurren con un intercambio deenergía con el medio ambiente. El calor es, generalmente, la formade energía que entra en juego en las transformacionesquímicas, aunque en muchos casos también vienen acompañadasde energía luminosa o energía eléctrica.Una reacción exotérmica es un proceso en el que se desprendeenergía. Las combustiones y un gran número de reacciones deformación de compuestos a partir de sus elementos (porejemplo, agua a partir de hidrógeno y oxígeno) son reaccionesexotérmicas.Una reacción endotérmica es un proceso que necesita unaporte continuo de energía para producirse, es decir, es unproceso que absorbe energía. La descomposición en suselementos, mediante alguna forma de energía (por ejemplo,obtener hidrógeno y oxígeno a partir del agua) es una reacciónendotérmica.
  19. 19. En la naturaleza hay dos procesos fundamentales de transferencia deenergía: la fotosíntesis y la respiración celular.Cuando las plantas realizan la fotosíntesis, utilizan el dióxido decarbono, el agua y la energía solar para producir glucosa y oxígeno, enun proceso endotérmico.Cuando nuestro organismo necesita energía para llevar a cabo suslabores cotidianas desarrolla, en términos de reactantes yproductos, un proceso inverso al de la fotosíntesis.A través de la respiración celular, utiliza la glucosa que reacciona conel oxígeno, en un proceso exotérmico.
  20. 20. La entalpía: primera variable termodinámicaLas reacciones químicas pueden ser medidas y, en mayor o menorgrado, ser controladas.Para el químico es importante saber si en una transformaciónse va a liberar energía o tendrá que proporcionársela para queocurra.Cada vez que se produce una reacción química, hay un intercambiode energía con el medio ambiente que depende del contenidoenergético de los productos en relación al de los reactantes, el quese representa con un parámetro llamado entalpía.La entalpía (H) es la medida del contenido calórico de unareacción.
  21. 21. En una reacción endotérmica, aumentala entalpía del sistema;en una reacción exotérmica, la entalpía delsistema disminuye.Como la entalpía es una variable quedepende del estado inicial y final delsistema, es una función de estado.
  22. 22. Los químicos han logrado medir la energía que se absorbe olibera al romperse o formarse un enlace entre átomos o moléculasque se encuentran en estado gaseoso, y con estos datos, calculanel balance de energía de las reacciones químicas.El término “balance” lleva inmediatamente a la idea de equilibrio.El balance de energía resulta de un cálculo muy simple, parecidoal que haces cuando recibes una cierta cantidad de dinero, gastasuna parte y lo que te queda es tu saldo. Así, en las reaccionesquímicas, en vez de “hablar de dinero” hablamos de energía, esdecir, cuánta energía se necesita o libera en la reacción químicapara formar el producto.
  23. 23. Toda reacción química obedece a dos leyesfundamentales: la ley de conservación de la masay la ley de conservación de la energía.Para representar el balance de masa, las ecuacionesquímicas muestran los coeficientes estequiométricos, queigualan la cantidad de átomos que reaccionan y que seproducen.
  24. 24. Ley de HessSi los químicos necesitaran tabular el cambio deentalpía (ΔH) en cada una de las miles de reaccionesquímicas que es posible realizar, necesitarían de unainmensa biblioteca para almacenar esta información.Afortunadamente, existe una herramienta que permitecalcular el ΔH de determinadas reacciones conociendoel ΔH de algunas reacciones relacionadas.
  25. 25. En 1840, basándose en esta observación, Germain Henri Hess(1802-1850) postuló que: “la variación de entalpía que tienelugar cuando los reactantes se transforman en productos es lamisma, tanto si la reacción transcurre en una sola etapa como siocurre en varias etapas”.Este postulado se conoce actualmente como la ley de Hess y, silo analizamos bien, es consecuencia directa del principio deconservación de la energía.En una reacción química, se libera o absorbe el mismo calorsiempre que se transformen los mismos reactantes en losmismos productos, bajo iguales condiciones de presión ytemperatura, y con independencia del proceso que se sigapara ello.
  26. 26. La ecuación termoquímica indica las relaciones demasa y de entalpía, y el estado, (s), (l) o (g), en quese encuentran los reactantes y productos.La entalpía es una función de estado, es decir, laenergía que se transfiere en una reacción químicaes independiente de las etapas en las que ocurre.
  27. 27. En los sistemas químicos hay transformación de materia, es decir,rompimiento y formación de nuevos enlaces. En los sistemas físicos, en cambio, como el agua de mar, el aguasolo cambia de estado, absorbe energía del entorno y se evapora;luego cede energía, y se condensa; en estos cambios de líquido agas y de gas a líquido no hay rompimiento ni formación de enlaces.
  1. A particular slide catching your eye?

    Clipping is a handy way to collect important slides you want to go back to later.

×