1. Introducción: la leyes de la Termodinámica (Gianc. 17.1)

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Sara Velázquez Maidana
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Tema 2: Termodinámica 1. Introducción: las leyes de la termodinámica. 2. Equilibrio y temperatura. 3. Gases y temperatura absoluta 4. Gases ideales y disoluciones. 5.

1 Tema 2: Termodinámica 1. Introducción: las leyes de la termodinámica. 2. Equilibrio y temperatura. 3. Gases y temperatura absoluta 4. Gases ideales y disoluciones. 5. Energía interna y velocidades moleculares. 6. La Primera Ley: calor y trabajo. 7. Calorimetría. 8. Entalpía. 9. Metabolismo. 10. Transferencia de calor. 11. La Segunda Ley: entropía. 12. Energía libre. 13. Potencial químico. 14. Fluctuaciones.

1. Introducción: la leyes de la Termodinámica (Gianc. 17.

gaseosa). Cómo se reparte la energía entre las moléculas de un sistema: temperatura.

Qué procesos son posibles de forma espontánea en la naturaleza: entropía, energía libre, reacciones químicas.

2 1. Introducción: la leyes de la Termodinámica (Gianc. 17.1) La Termodinámica estudia las propiedades colectivas de la materia: Cómo se organiza la materia: fases (sólida, líquida, gaseosa). Cómo se reparte la energía entre las moléculas de un sistema: temperatura. Cómo se transfiere la energía entre un sistema y otro: calor y trabajo. Qué procesos son posibles de forma espontánea en la naturaleza: entropía, energía libre, reacciones químicas. Y las relaciones entre todo lo anterior: transferencia de energía en reacciones químicas y en cambios de fase, dependencia de procesos con la temperatura, etc. Leyes de la Termodinámica: Principio cero: existencia de estados de equilibrio. Primera ley: conservación de la energía. Segunda ley: degradación de la energía, irreversibilidad.

3 2. Equilibrio y temperatura (Gianc ) Un sistema es una porción del universo: un cuerpo, el gas de una habitación, una célula, la biosfera... Sistemas abiertos: intercambian energía y materia con el exterior. Sistemas cerrados: intercambian sólo energía con el exterior. Sistemas aislados: no intercambian ni energía ni materia con el exterior. Estado de equilibrio: es el que alcanza un sistema aislado después de un tiempo suficientemente largo. Principio cero: Ponemos en contacto A con B, de modo que formen un sistema aislado y esperamos que alcancen el equilibrio. Separamos A y lo ponemos en contacto con C hasta que alcancen el equilibrio. Entonces, B y C estarán en equilibrio A B A C B y C están en equilibrio

4 2. Equilibrio y temperatura (Gianc ) Principio cero: A B A C B y C están en equilibrio Tiene que haber una magnitud que caracterice el estado de equilibrio en lo que se refiere a intercambio de energía. Esa magnitud es la temperatura: Si ponemos en contacto dos sistemas con temperaturas diferentes, la energía se transfiere del caliente al frío. Dos sistemas estarán en equilibrio térmico si sus temperaturas son iguales. Escalas de temperatura: son escalas convencionales, basadas en el principio cero. La escala centígrada sitúa el cero en el punto de fusión de hielo y el 100 en la temperatura de ebullición del agua a 1 atmósfera.

3. Gases y temperatura absoluta (Gianc. 17.

moles n o número de moléculas N; su temperatura absoluta T; el volumen V que ocupa;

En equilibrio volumen y temperatura verifican: Para todos los gases, las rectas

5 3. Gases y temperatura absoluta (Gianc ) Un gas en un recinto cerrado está caracterizado por: su masa M o número de moles n o número de moléculas N; su temperatura absoluta T; el volumen V que ocupa; la presión P que ejerce sobre las paredes. En equilibrio volumen y temperatura verifican: Para todos los gases, las rectas cortan el eje horizontal en el mismo punto, el cero absoluto: ºC. Temperatura absoluta: T = temperatura en ºC La unidad de temperatura absoluta es el kelvin (K).

6 4. Gases ideales (Gianc ) En equilibrio y para gases poco densos (gases ideales): Ecuación de estado de los gases ideales R es la constante de los gases: J K 1 mol -1 Versión microscópica k = k B constante de Boltzmann Simulación java

4. Disoluciones Las moléculas de soluto en una

la disolución está confinada por una membrana

soluto), el soluto ejerce una presión sobre la

El fenómeno puede también interpretarse como si

7 4. Disoluciones Las moléculas de soluto en una disolución se comportan como un gas ideal. La presión que ejercen se llama presión osmótica: es la concentración molar de soluto Si la disolución está confinada por una membrana semipermeable (permeable al solvente pero no al soluto), el soluto ejerce una presión sobre la membrana y esta se hincha. El fenómeno puede también interpretarse como si el solvente tratara de fluir a través de la membrana para igualar las concentraciones.

molécula La energía interna de un sistema,

8 5. Energía interna y velocidades moleculares (Gianc ) La energía cinética media de una partícula en un medio a temperatura T es: La velocidad cuadrática media es: Velocidad típica: m es la masa de la molécula La energía interna de un sistema, E int, es la suma de todas las energías, cinéticas y potenciales, de las N moléculas del sistema. Es mayor o menor que NE cinet pero del orden NkT. En un gas ideal: Simulación java

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