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TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA CLÁSICA
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TERMODINAMICAFundamentos de Termodinámica
Principios y Propiedades Termodinámicas
Gases Ideales
Propiedades y Cambios Sustancia Pura
Reacciones Químicas
La termodinámica es una ciencia macroscópica que estudia las relaciones entre las diferentes propiedades de equilibrio y macroscópicas de un sistema y los cambios que experimentan las propiedades de equilibrio durantelos procesos. Estudia el calor, el trabajo, la energía y loscambios que provocan en los estados de los sistemas.
Las moléculas del gas no interaccionanNo ocupan volumen
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TERMODINAMICA
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SISTEMAS TERMODINAMICOSSistema: Parte del universo que es objeto de estudio.Entorno, alrededores, medio ambiente: Resto del universo
Tipos de sistemas
MateriaEnergía
Abierto
Materia
Cerrado
MateriaEnergía
Aislado
Pared diatérmica Pared adiabática
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¿Qué separa el sistema de los alrededores?
Paredes
Rígida
Móvil
Adiabática
Diatérmicas
Permeable
Impermeable
Semipermeable
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Paredes
Rígidas
Móvil
Sistema CerradoDiatérmica
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Pared permeable
Pared semipermeable
Pared impermeable
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60ºC 40ºC
60ºC 40ºC 60ºC 40ºC
Pared adiabática
50ºC 50ºC
Pared diatérmica
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Si las propiedades macroscópicasintensivas a lo largo de un sistema son idénticas
el sistema de denomina homogéneo
Si por el contrario estas propiedades no son idénticas el sistema se denomina
heterogéneo
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Un sistema heterogéneo puede constar de varios sistemas homogéneos a estas partes se les llama fases
En este caso tenemos tres fases, la sal no disuelta , lalasolucisoluci óónn y el vapor de agua
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Los sistemas se presentan de diferentes formas ⇒⇒⇒⇒ ESTADOS
caracterizados por VARIABLES termodinámicas
ExtensivasIntensivas
Tipos de variables
•No dependen de la cantidadde materia del sistema
• Ej: T, P, r• No son aditivas
•Dependen de la cantidadde materia del sistema•Ej: m, V• Son aditivas
Variable = Propiedad Termodinámica = Función de EstadoNo dependen de la historia
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VARIABLES TERMODINAMICAS
M, P
Partimos por la mitad
M/2, P M/2, P
M: Variable ExtensivaP: Variable intensiva
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Funciones de estadoFunciones de estado1) Al asignar valores a unas cuantas, los valores de todas
las demás quedan automáticamente fijados.
2) Cuando cambia el estado de un sistema, los cambios de dichas funciones sólo dependen de los estados inicial y final del sistema, no de cómo se produjo el cambio.
DX = Xfinal –Xinicial
Si X es función de estado se cumple
( , , ....)X f a b c=
, ... , ...
......b c a c
X XdX da db
a b
∂ ∂ = + + ∂ ∂
Altura = función de estadodistancia recorrida no
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� Función de estado : variables independientes que definen el estado de un sistema. Constantes a lo
largo del tiempo
EQUILIBRIO
EQUILIBRIO QUIMICO (m = CTE.)
EQUILIBRIO MECANICO (P = CTE.)
EQUILIBRIO TERMICO (T = CTE.)
EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
FUNCIÓN DE ESTADO
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LEY CERO DE LA TERMODINAMICA
A CB
EQUILIBRIO TERMICO
EQUILIBRIO TERMICO
A C
EQUILIBRIO TERMICO
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Principio cero de la termodinámica
Cuando dos sistemas A y B están en equilibrio térmico con untercero C, A y B también están en equilibrio térmico entre si
PRESIÓN
Fuerza que se ejerce por unidad de área
Unidades 1 Pa = 1 N/m2
1 bar = 105 Pa = 750 mmHg
1 at = 1,01325 bar = 760 mmHg
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¿CÓMO PODEMOS MEDIR LA TEMPERATURA?
T = a * X (1)
X : Propiedad del sistema, Volumen, Presión, Fem. etc.
a = 273.16 / XPT, donde X PT es el valor de la propiedad medida en el punto triple del agua.
T = 273.16 / XPT * X (2)
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TEMPERATURA [K] [ºC]
• La temperatura es una propiedad intensiva del sistema, relacionada con la energía cinética media de las moléculas que lo constituyen.
• Su cambio supone el cambio repetitivo y predecible en otras propiedades del sistema, lo que permite asignarle u n valor numérico
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TERMOPAR
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TERMOMETRO DE UN GAS A V=CTE.El volumen del gas permanece constante, pero su presión cambia con la temperatura.El gas puede ser:� H2
� N2
� He
T = 273.16 / PPT * P (3)
P =P0+ h*g*ρ
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TEMPERATURAS ABSOLUTAS
T = 273.16 lim PPT →→→→0 (P/ PPT) (4)
373,00373,10
373,20373,30373,40373,50
373,60373,70
0 20 40 60 80 100 120 140
PPT, KPa
TN2
H2
He
Gases independientes marcan la misma temperatura solo cuando PPT tiende a cero
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TEMPERATURA CERO.
Escala Kelvin →→→→ Escala Celsius
T (K) = t(ºC) + 273.15 (5)
Temperatura cero
T = 273.16 lim PPT →→→→0 (P/ PPT) (4)
Variación de la presión respecto a la temperatura
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REPASO LEYES DE LOS GASES IDEALES
� Ley Boyle:
� Ley Charles:
� Ley Avogadro:
� Ecuación de los gases ideales:
� Ley de Dalton:
.· cteVP =
cteTV =
ncteV =
nRTVP =· R : 8.314 J/mol K o1.987 cal/mol K o 0.082 atm L/mol K
∑=i
iPP PxP ii =
.·
cteT
VP =
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Algunas cosas sobre derivadas parciales
En termodinámica se trabaja con funciones de dos o más variables
Sea z una función de las variables x e y, y supongamos que queremos saber como varia z cuando varían x e y, eso lo expresamos como
y x
z zdz dx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂
A partir de esta ecuación se pueden obtener tres identidades útilesentre derivadas parciales
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Primeray x
z zdz dx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂
Si y=cte y divido por dz
1y
y y yy
dxdz z z x
dz x dz x z
∂ ∂ ∂ = = = ∂ ∂ ∂
1
y
y
zxxz
∂ = ∂∂ ∂
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Segunda
Para un proceso infinitesimal en el que z permanece constante
0 z zy x
z zdx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂ Divido por dyz
0 z z
y z zx
dx dyz z
x dy y dy
∂ ∂ = + ∂ ∂
z
z z
dx x
dy y
∂= ∂
1
y z x
x
z x zyx y yz
∂ ∂ ∂ = − = − ∂∂ ∂ ∂ ∂
multiplico porx
y
z
∂ ∂
1y xz
z x y
x y z
∂ ∂ ∂ = − ∂ ∂ ∂
y x
z zdz dx dy
x y
∂ ∂ = + ∂ ∂
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Tercera
Una función de dos variables independientes tiene las siguientesderivadas parciales ( , )z f x y=
2
2yy y
z z
x x x
∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂
2
2xx x
z z
y y y
∂ ∂ ∂= ∂ ∂ ∂
2
x y
z z
x y x y
∂ ∂ ∂= ∂ ∂ ∂ ∂
2
y x
z z
y x y x
∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂
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� Por:
Dr. J.A. Organero Gallegowww.quimicafisica.es
Universidad de Castilla la-ManchaUCLM