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11 Termodinamica Quimica 7 04 05

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quimica general e inorganica

facultad de farmacia y bioquimica (uba)

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11 Termodinamica Quimica 7 04 05

  1. 1. Termodinámica química Química General e Inorgánica Clase del 7 de abril de 2005 Dr. Pablo Evelson
  2. 2. 2. El cambio de entalpía para una reacción depende del estado de los reactivos y los productos. 2 H 2 O (l)  2 H 2 O (g)  H = + 88 kJ Fe de erratas
  3. 3. <ul><li>Calor en procesos a presión constante </li></ul><ul><li>q p =  H </li></ul><ul><li> H =  U + P  V </li></ul><ul><li>Calor en procesos a volumen constante </li></ul><ul><li>q v =  U </li></ul>Fe de erratas
  4. 4.  U = q + w Calor Trabajo  U Estado inicial Estado final Energía interna, U
  5. 5. Entalpía <ul><li>Representa el calor que el sistema gana o pierde cuando el proceso se lleva a cabo a presión constante. </li></ul><ul><li>Se representa con la letra H . </li></ul><ul><li> H = H final – H inicial = q P </li></ul>
  6. 6. Procesos espontáneos <ul><li>Proceso espontáneo: Ocurre sin intervención del entorno. </li></ul><ul><li>Proceso no espontáneo: No ocurre sin la intervención del entorno. </li></ul>
  7. 9. ¿Qué determina la dirección de un cambio espontáneo? -¿De qué manera se distribuye la energía? -¿La energía total? -¿La energía tiende a un mínimo?
  8. 10.  Cambio espontáneo: Existe una reducción en la calidad de la energía.  Los cambios espontáneos son el resultado de la tendencia del universo hacia un caos mayor.  Indicador del cambio espontáneo: Se busca la dirección del cambio que conduzca a la dispersión caótica de la energía total.
  9. 11. Entropía La segunda ley introduce una nueva función de estado: Entropía (S) Segunda ley de la termodinámica: “ Para un proceso espontáneo, la entropía del universo siempre aumenta”
  10. 12. La entropía como criterio de espontaneidad  S universo < 0 Indica proceso no espontáneo  S universo > 0 Indica proceso espontáneo  S universo = 0 Indica proceso reversible
  11. 13. Cálculo de la entropía  S sistema =  S final -  S inicial  q rev T - Para una reacción química:   S reacción =  S productos -  S reactivos  S sistema =
  12. 14.  S universo =  S sistema +  S entorno Proceso reversible:  S universo =  S sistema +  S entorno = 0 Proceso espontáneo:  S universo =  S sistema +  S entorno > 0
  13. 17. Entropía y orden Cada fase muestra un distinto estado de ordenamiento Estado líquido Estado sólido
  14. 18. Líquido Sólido Entropía, S Temperatura, T
  15. 19. <ul><li>En general, se espera que la entropía aumente en procesos en los cuales: </li></ul><ul><li> Se forman líquidos o soluciones a partir de sólidos. </li></ul><ul><li> Se forman gases a partir de sólidos o líquidos. </li></ul><ul><li>El número de moléculas de gas aumenta durante una reacción química. </li></ul><ul><li>La temperatura de una sustancia aumenta. </li></ul>
  16. 20. Entropía y probabilidad S sistema = k B . ln W Hay 2.598.960 manos posibles de cinco cartas en el poker Combinación Número de manos que producen esa combinación Escalera real 4 ‘ Nada’ 1.302.540
  17. 21. Entropía y probabilidad S sistema = k B . ln W
  18. 22. S sistema = k B . ln W k B = R / N k B = 1,38 x 10 -23 J/K
  19. 23. Energía libre de Gibbs Josiah Williard Gibbs (1839-1903) G = H - TS  G =  H - T  S Es función de estado. Sólo vale para el sistema, a presión y temperatura constantes.
  20. 24. La energía libre de Gibbs como criterio de espontaneidad  G > 0 Proceso no espontáneo  G < 0 Proceso espontáneo  G = 0 Equilibrio
  21. 25. Proceso espontáneo Equilibrio Productos Reactivos Energía libre, G Proceso
  22. 26. w máx =  G El cambio en la energía libre de un proceso,  G, es igual al trabajo útil máximo que puede realizar el sistema sobre sus alrededores en un proceso espontáneo que se lleva a cabo a presión y temperatura constantes
  23. 27. Convenciones para los estados estándar Estado de la materia Estado estándar Gas 1 atm de presión Líquido líquido puro Sólido sólido puro Elementos  G° f (elemento) = 0 Disolución Concentración 1 molar
  24. 28. El cambio de energía  libre estándar,  G° es el cambio de energía libre que acompaña a la conversión de reactivos en sus estados estándar a productos en sus estados estándar para un mol de reacción según está escrita.
  25. 29.  G° =  H° - T  S°  G =  G° + RT lnQ En condiciones que no son del estado estándar para predecir la dirección de la reacción se debe usar  G en vez de  G° En condiciones estándar: La relación entre  G y  G° es:
  26. 30. Energía libre de formación Elementos
  27. 31. Efecto de la temperatura en la espontaneidad de las reacciones
  28. 36. <ul><li>Atkins P.W, Jones L. Química . 3ra edición. Ed Omega. 1999. </li></ul><ul><li>Capítulo 16. </li></ul><ul><li>Chang R. Química. Ed. Mc Graw Hill.1998. </li></ul><ul><li>Capítulo 18. </li></ul>Consultas: pevelson@ffyb.uba.ar (Pablo Evelson) Bibliografía

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