PRINCIPIOS FISICOQUIMICOS EN GEOFISICA I ENTALPIA DE FORMACIÓN 2DA. LEY DE LA TERMODINÁMICA RENDIMIENTO

Transcripción

1 PRINIPIS FISIUIMIS EN GEFISIA I ENALPIA DE FRMAIÓN DA. LEY DE LA ERMDINÁMIA RENDIMIEN

2 ENALPÍA DE FRMAIÓN Y REAIÓN En un proceso a presión constante DH = P Si P > 0 El sistema absorbe calor Si P < 0 El sistema cede calor DH > 0 Endotérmica DH < 0 Exotérmica Se define la Entalpía estándar molar de formación DH f como el cambio de entalpía DH en el proceso en que se forma mol de la sustancia, a partir de sus elementos, en sus estados estándar. Se determina experimentalmente en un calorímetro para cada sustancia.

3 ENALPÍA DE FRMAIÓN Y REAIÓN Generalmente se reporta a condiciones estándar de 98.6 K (5º) y bar. DH f (kj) a (s) + S (s) + (g) as 4 (s) H (g) + / (g) H (l) a (s) + S (s) + 3 (g) + H (g) as 4. H (s) as4 (s) + H (l) as4. H (s) anhidrita agua yeso La entalpía normal de formación de cualquier elemento, en su forma más estable a P = bar y temperatura, es cero 3

4 ENALPÍA DE FRMAIÓN Y REAIÓN Las DH f se usan para calcular la Entalpía estándar de reacción DH r La entalpía normal de reacción es la variación de entalpía al transformarse los números estequiométricos de los reactivos en los números estequiométricos de los productos DH r = S n i productos S ni reactivos DH f DH f as4 (s) + H (l) as4. H (s) anhidrita agua yeso DH r = DH f yeso ( DH anhidrita + DH agua) f = ( (*85.830)) = kj Se liberan 6.86 kj de calor por cada mol de anhidrita que reacciona 4 f

5 ENALPÍA DE FRMAIÓN Y REAIÓN Ejemplo a + Si asi 3 DH f DH f DH f (a ) = kj (Si ) = kj (asi 3 ) = kj DH r DH f DH f DH f = (asi 3 ) ( (a)+ (Si )) = ( ) KJ = kj 5

6 ENALPÍA DE FRMAIÓN Y REAIÓN Ley de Hess El calor liberado o absorbido a presión constante para cualquier cambio químico es el mismo, independiente del camino seguido. Es decir, una reacción puede seguirse en varias etapas Ejemplo: DH DH DH 3 DH DH DH 3 6

7 ENALPÍA DE FRMAIÓN Y REAIÓN Ejemplo: Determinar el DH r para DH r 393,5 KJ / mol (-) DH r 8,98 KJ / mol D H 393,5 8,98 KJ / mol 0,5 KJ / mol 7

8 ENALPÍA DE FRMAIÓN Y REAIÓN Ejemplo: Determinar el DH r para H H 4 (+) (-) H H 4 H H DHr 393,5 KJ / mol DH 85,86 KJ / mol DH r r 890,3 KJ / mol H H 4 H H H H 4 D H 393,5 85,86 890,3 KJ / mol 74,9 KJ / mol 8

9 DA. LEY DE ERMDINÁMIA onsideremos las siguientes transformaciones: ) Dos bloques a diferentes temperaturas, en contacto térmico, eventualmente llegan a la misma temperatura. El calor que sale del cuerpo que se encuentra a mayor temperatura es igual al calor que absorbe el cuerpo más frío. ) Una hélice se lleva a reposo por la fricción en sus engranajes, la temperatura en las ruedas y engranajes aumenta y la energía cinética inicial de la hélice se transforma en energía interna. La energía total en el sistema en cada proceso es constante 9

10 DA. LEY DE ERMDINÁMIA Si quisiéramos invertir los procesos Uno de los cuerpos debe enfriarse espontáneamente y el otro calentarse hasta llegar a sus temperaturas iniciales Las ruedas y engranajes deben enfriarse y la hélice debería comenzar a girar hasta auirir su energía cinética inicial. Debe existir un principio que determine la dirección en la cual puede llevarse a cabo un proceso, en un sistema aislado 0

11 DA. LEY DE ERMDINÁMIA Ninguna máquina térmica puede producir un trabajo neto por intercambio de calor con una única región de temperatura fija Máquina érmica: Dispositivo cíclico que absorbe calor q c de una fuente caliente, el sistema realiza trabajo W y cede calor q f a una fuente fría q c >0, W < 0, q f < 0 Refrigerador: Dispositivo cíclico que absorbe calor de una fuente fría, se realiza trabajo sobre el sistema y cede calor a una fuente caliente q c <0, W > 0, q f > 0

12 DA. LEY DE ERMDINÁMIA Máquina érmica Reversible: Existe transferencia de calor y trabajo en ambas direcciones - +

13 DA. LEY DE ERMDINÁMIA Existen enunciados alternativos de la da Ley de ermodinámica Enunciado de lausius: Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor hacia el sistema desde una fuente fría y el flujo de una cantidad igual de calor desde el sistema hacia una fuente caliente 3

14 DA. LEY DE ERMDINÁMIA Enunciado de Kelvin Planck: Es imposible que un sistema realice un proceso cíclico cuyos únicos efectos sean el flujo de calor desde una fuente hacia el sistema y la realización de una cantidad de trabajo equivalente sobre el entorno 4

15 RENDIMIEN En una máquina térmica, la eficiencia es la relación entre el trabajo neto producido por la máquina y el calor que se toma de la fuente caliente Energía producida Energía gastada W D U W 0 W F F F F 0 0, W 0, F 0 5

16 6 En un refrigerador, se extrae calor de una fuente fría, se realiza trabajo sobre el sistema F W W U D 0 0, 0 F F F F F F W Gastada Energia Producida Energia EFIIENE DE RENDIMIEN

17 Principio de arnot RENDIMIEN ) Ninguna máquina térmica puede ser más eficiente que una máquina térmica reversible cuando ambas operan entre las mismas temperaturas. ) La eficiencia de todas las máquinas reversibles que operan entre las mismas temperaturas es la misma. Independientemente de la sustancia de trabajo 7

18 RENDIMIEN En un iclo de arnot, el rendimiento solo depende de y = f (, ) Etapa A B: DU = 0 = -W El gas se expande, P disminuye, el sistema realiza trabajo y absorbe calor Etapa B : = 0 DU = W P disminuye, disminuye, el sistema realiza rabajo 8

19 Etapa D: DU = 0 = -W El gas se comprime, P aumenta, Se realiza trabajo sobre el sistema y éste cede calor Etapa D A: = 0 DU = W, P aumenta, aumenta. Se realiza trabajo sobre el sistema RENDIMIEN 9

20 V dv nr d V dv nr d dw du perfecto gas un Para V V 0 A D D B B A RENDIMIEN

21 Para una máquina térmica que trabaja bajo un iclo de arnot con un gas perfecto RENDIMIEN