Termodinámica y conceptos relacionados

Termodinámica

La termodinámica estudia únicamente sistemas en condiciones de equilibrio, es decir un sistema en la que todas sus variables permanecen sin cambios a través del tiempo.

• Un sistema es la parte del universo bajo investigación, puede tener fronteras físicas o ficticias.

Variables

• Varibles extensivas son las que dependen de la cantidad de sustancia como la masa, mol, volúmen, etc.
• Variables intensivas no dependen de la cantidad de sustancia por ejemplo la presión, temperatura, densidad, etc.

• Variables de estado son las variables que definen el estado de agregación del sistema, y participan en las funciones de estado.

Sistemas

• Abierto permite intercambio de materia y energía.
• Cerrado permite intercambio únicamente de energía.
• Aislado no hay intercambio de materia ni energía (sistema ideal).
• Homogéneo sus variables intensivas no cambian.
• Heterogéneo sus variables intensivas cambian.

Ley de gases ideales

PV=nRT

P-Presión; V- Volumen; n-moles; R-constante de gases; T-Temperatura.


1ra. Ley de termodinámica

La energía se conserva cuando se consideran los efectos del calor. "Para cada sistema termodinámico hay una cantidad de energía interna (ΔE) y es una función de estado sel sistema .

ΔE= q-W
q= + (Calor al sistema) q=- (Calor a los alrededores)
W= + (Trabajo sobre los alrededores) W= - (Trabajo sobre el sistema)

Entalpía
Es la energía de enlace entre las moléculas

H=E+PV
P=Presión V=Volumen

En un gas ideal, su expansión:

ΔE=nCv(T2-T1)
n=moles Cv=Capacidad calorífica a volumen constante T1 y T2= Temperaturas

ΔH=nCp(T2-T1)
n=moles Cv=Capacidad calorífica a presión constante T1 y T2= Temperaturas


2da. Ley de la Termodinámica

La entropía (S) es una función de estado de un sistema. En un proceso irreversible la entropía del universo se incrementa. En un proceso reversible la entropía del universo permanece constante. Y en ningún momento la entropía del universo disminuye.

Proceso reversible.
ΔS(sist)= nRlnV2/V1 ΔS(alred)= -nRlnV2/V1

Proceso irreversible al vacío.

ΔS(sist)= nRlnV2/V1 ΔS(alred)= 0

ΔS(total)= ΔS(sist)+ΔS(alred)

3ra. Ley de la termodinámica

La entropía de un cristal perfecto de cada elemento y compuesto, es cero en el cero absoluto de temperatura. No hay rotación, movimiento, vibración. Por lo tanto ΔS=0

ΔS(reversible)= Σ S(prod)- Σ S(react)


Energía libre de Gibbs

Se describe como la energía útil o utilizada en un sistema, energía para hacer trabajo. Es una función de estado.

G= H-TS
Proceso reversible (Equilibrio)
ΔG=0

Proceso irreversible (Espontáneo)
ΔG‹0

Proceso no espontáneo (no natural)
ΔG›0

ΔG=-RTlnKp

Kp=Constante de equilibrio a cierta T.

Bioenergética

La bioenergética describe la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos. Utiliza las ideas básicas de la termodinámica, particularmente el concepto de energía libre. Los cambios en la energía libre (ΔG) proveen una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y pueden proveer de una predicción de si la reacción podrá suceder o no, y su velocidad.

Además se interesa sólo por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción.

Referencias
Atkins, et. al. "Fisicoquímica" Ed. Iberoamericana 8va. ed

http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/bioenergetica.html