Eficiencia de procesos termodinámicos

Transcripción

1 Ecenca de rocesos termodnámcos El conceto anteror es váldo ara cualquer roceso o sstema. Fuente calente, q q c w uonga una máquna que toma calor de una uente calente, y arte de la msma la utlza ara roducr abajo y el resto la deseca en una uente más ría. e dene la ecenca del roceso como: ε abajo realzado calor absorbdo Pero w q q c, luego: w q q qc qc c ε rev 1 1 < 1 q q Fuente ría, c Para máqunas reversbles la ecenca solo deende de las temeraturas de las uentes y no de cómo están consudas. FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

2 La temeratura termodnámca Consdere la relacón: q q c Esta relacón ermte denr una escala relatva de temeraturas en uncón de los calores anserdos ene las uentes calente y ría. se consdera la condcón del unto le del agua, K, luego la temeratura queda denda como: K uonga una máquna que abaja reversblemente ene las uentes calente a y ría a. e dene una escala de temeraturas en uncón de la ecenca del roceso como: 1 ε 1 ε K c q q En este caso la temeratura se obtene mdendo la ecenca ε de la máquna. Esta es una dencón uramente mecánca de la temeratura. Note que cuando ε 1 0. FIICOQUIMICA I - FAyA I - FAyA - UNE - UNE Dr. Claudo D. Dr. Borsarell Claudo D. Borsarell

3 La desgualdad de Clausus Consdere un sstema en contacto térmco y mecánco con su medo ambente a la temeratura. Cualquer cambo de estado nvolucra un cambo de enoía en el sstema y en el medo ambente. Indeendentemente s el roceso es reversble o rreversble, se cumlrá: d d MA 0 ó d d MA La gualdad se alca a rocesos reversbles y la desgualdad a los rreversbles. enendo en cuenta que ara el medo ambente d MA dq/ donde dq es el calor que ena al sstema desde el MA, entonces: d dq Desgualdad de Clausus el sstema está aslado del medo ambentedq 0, luego: d 0 Esta relacón ndca que ara un sstema aslado la enoía no uede dsmnur s ocurre un roceso esontáneo. FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

4 Ejemlo: enramento esontáneo Fuente calente, d dq / dq d dq / c d dq c dq 1 dq c Como > c d > 0 c d 0 equlbro térmco 1 Fuente ría, c FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

5 en anscones de ase, a cte e OLIDO LIQUIDO q Aumento de enoía Dsmnucón de enoía q H, s el roceso es a cte H GA FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

6 de vaorzacón, regla de routon ustanca va C H ø va kj/mol ø va J/K.mol Benceno CCl Ccloexano H H 2 O Promedo 85 J/K.mol Para líqudos orgáncos donde no exsten nteraccones esecícas uede observarse que la enoía de vaorzacón es aroxmadamente constante ø va 85 J/K.mol regla de routon. Esto se debe a que las nteraccones domnantes a vencer son del to dolo-dolo. Para líqudos asocados con nteraccones uente drógeno se requere mayor energía ara searar las moléculas de líqudo, el cambo enóco tambén es mayor. FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

7 Varacón de con la temeratura En rocesos a cte dq rev C d, luego: dq dq rev rev d C e debe resolver la ntegral, conocendo como varía C con la. En el caso que C cte, la exresón anteror queda: C d C ln El msmo resultado se obtene ara rocesos a V cte FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

8 Varacón de con la temeratura C / usón ebullcón oldo Lqudo e 0 Gas 0 e C 0 C l d s d H v v H e C v Gas e g d FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

9 La 3 ra Ley de la ermodnámca El cambo de enoía roducdo en cualquer ansormacón químca o ísca se aroxma a cero cuando 0. eorema del calor de Nernst. Esto se relacona con el eco que a 0 no ay energía térmca en la red del sóldo que roduzca desorden molecular. Ejemlo: ranscón de ases ene las ormas aloócas sóldas del azure ortorómbco monoclínco H 369 K -402 J/mol 369 K -402/ J/K mol enendo en cuenta la varacón de con, odemos escrbr:, 369, 0 C ln 369, 0 37 J/K mol, 369, 0 C ln 369, 0 38 J/K mol 369 K -1.0 J/K mol, 0, 0 0 FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

10 La 3 ra Ley de la ermodnámca la enoía de cualquer elemento en su orma mas estable se la consdera cero, luego cualquer sustanca tene enoía ostva a cualquer temeratura y además 0 cuando 0. Esto ermte denr enoías estándares ø 1 bar ara elementos y comuestos: ø J/K mol Grato 5.7 acarosa 360 valores a 298 K Agua l 69.9 Metano Para una reaccón cualquera uede calcularse el r ø como: o r ν Productos o m Reactvos ν o m FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

11 Energías de Helmoltz y Gbbs Consdere la desgualdad de Clausus ara un sstema en equlbro térmco con su medo ambente cte: d dq 0 el roceso es a V cte ó cte, se obtene resectvamente: du d d V du dh 0 y d 0 Estas desgualdades están exresadas solo or varables de estado, y ueden reescrbrse como: 0 y dh d 0 enendo en cuenta las ecuacones anterores se denen las sguentes uncones de estado: A U y G H A energía de Helmoltz G energía de Gbbs FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell

12 Energías de Helmoltz y Gbbs Luego ara rocesos a cte obtenemos: Recordando que: obtenemos: da du d y dg dh d du d 0 y dh d 0 da, V 0 y dg, 0 Estas desgualdades son los crteros de esontanedad más mortantes en rocesos termodnámcos. FIICOQUIMICA I - FAyA - UNE Dr. Claudo D. Borsarell