TERMOQUIMICA Teoría 5 Primer principio termodinámica en reacciones químicas - Energía interna U

Introducción a la Termodinámica

Leyes Fundamentales de las Reacciones Químicas

• Las reacciones químicas obedecen a dos leyes fundamentales: la ley de conservación de la masa y la ley de conservación de la energía.

Primer Principio de la Termodinámica

• La energía no se crea ni se destruye, solo se transfiere o transforma. En un sistema cerrado, si hay una pérdida de energía, debe aparecer en el entorno.

• Un sistema que pierde 50 julios necesariamente provoca un incremento equivalente en su entorno. Esto establece una relación entre la energía del sistema y sus transferencias energéticas.

Transferencias Energéticas

• Las transferencias pueden ser en forma de calor y trabajo, conceptos que han sido discutidos previamente. Es importante repasar estos conceptos antes de continuar con el estudio de la energía interna.

• La variación o incremento de energía (ΔU) es igual a la suma del calor intercambiado y el trabajo realizado por el sistema.

Energía Interna

Definición y Contribuciones

• La variación de energía interna (ΔU) se define como el total del calor y trabajo intercambiados por un sistema con su entorno.

• La energía interna incluye contribuciones tanto cinéticas como potenciales debido al movimiento constante de átomos y moléculas dentro del sistema.

Energía Cinética y Potencial

• La energía cinética está relacionada con el movimiento vibratorio constante de las partículas; mayor temperatura implica mayor vibración y, por ende, mayor energía cinética.

• La energía potencial proviene principalmente de las interacciones electrostáticas entre partículas cargadas, ya sea por atracción o repulsión entre electrones y núcleos atómicos.

Ejemplo Práctico: Cálculo de Variación Energética

Aplicación del Primer Principio

• Se presenta un ejemplo donde un gas se expande realizando trabajo mientras cede calor al exterior (60 julios). Se busca calcular la variación energética interna del sistema considerando los signos correctos para calor y trabajo según IUPAC.

Criterio de Signos para Calor y Trabajo

Principios de la Termodinámica en Reacciones Químicas

Variación de Energía Interna en Sistemas

• En un sistema, el calor cedido se considera negativo. Por ejemplo, si el sistema cede 60 julios, esto se traduce en una variación de energía interna total de 1 julio.

• En reacciones químicas, también hay una variación de energía interna (ΔU), que se calcula como la diferencia entre la energía interna del estado final (productos) y del estado inicial (reactivos).

• La energía interna es una función de estado; depende únicamente del estado inicial y final del sistema, no del camino seguido para llegar a esos estados.

• La variación de energía libre (ΔG) también puede ser calculada y está relacionada con las energías internas de los productos y reactivos.

• Se abordarán dos condiciones importantes: volumen constante y presión constante. La transferencia de calor a presión constante introduce el concepto crucial de entalpía.

Concepto Clave: Entalpía