Conceptos Fundamentales y Primer Principio de la Termodinámica
Flashcards
- ¿Cuál es la equivalencia energética entre calorías y julios según el Sistema Internacional?
- Una caloría equivale exactamente a 4,184 J, por lo que un julio equivale aproximadamente a 0,24 cal.
- ¿En qué se diferencia una función de estado de una magnitud que no lo es?
- El cambio en una función de estado depende exclusivamente del estado inicial y final del sistema, independientemente de la trayectoria seguida durante el proceso.
Preguntas tipo test
- ¿Qué establece el primer principio de la termodinámica?
- a) La energía interna es siempre nula
- b) La entropía del universo siempre disminuye
- c) La energía no se crea ni se destruye
- d) El calor fluye espontáneamente al cuerpo caliente
Respuesta: c) La energía no se crea ni se destruye. El primer principio expresa la ley de conservación de la energía: se transforma, pero nunca se crea ni se destruye.
- ¿Cuáles son los valores correspondientes a las condiciones estándar?
- a) 25 °C y 1 atm
- b) 0 °C y 1 atm
- c) 100 °C y 1 atm
- d) 0 K y 1 atm
Respuesta: a) 25 °C y 1 atm. Las condiciones estándar en termodinámica química corresponden a 25 °C (298 K) y una presión de 1 atm.
- ¿Cuál de las siguientes magnitudes es una propiedad intensiva?
- a) Volumen
- b) Energía interna
- c) Masa
- d) Temperatura
Respuesta: d) Temperatura. La temperatura es intensiva porque su valor no depende de la cantidad total de materia del sistema.
Entalpía de Reacción, Ley de Hess y Variación con la Temperatura
Flashcards
- ¿Bajo qué condición experimental la variación entálpica (Δ H) coincide con el calor intercambiado?
- Únicamente en procesos que se desarrollan a presión constante (Qp = Δ H).
- ¿Por qué es nula la entalpía de formación de un elemento en su estado estándar?
- Porque formar un elemento a partir de ese mismo elemento en idéntico estado termodinámico no supone ningún cambio físico ni químico, sin transferencia de calor.
Preguntas tipo test
- ¿Qué indica un signo positivo en la variación de entalpía (ΔH > 0)?
- a) El proceso no intercambia calor
- b) El desorden del sistema disminuye
- c) La reacción es exotérmica
- d) La reacción es endotérmica
Respuesta: d) La reacción es endotérmica. Cuando ΔH > 0 el sistema gana o absorbe calor del medio, por lo que es un proceso endotérmico.
- ¿Qué establece fundamentalmente la Ley de Hess?
- a) Las entalpías parciales son aditivas en etapas
- b) La energía libre siempre se anula en equilibrio
- c) El calor se conserva solo a volumen constante
- d) La entalpía depende de la velocidad de reacción
Respuesta: a) Las entalpías parciales son aditivas en etapas. La ley de Hess establece que la entalpía global de un proceso es la suma de las entalpías de sus etapas intermedias.
- ¿Cuánto vale la entalpía de formación de un elemento de referencia en su estado estándar?
- a) 8,31 J/mol
- b) 4,184 J
- c) Cero
- d) Un valor infinito positivo
Respuesta: c) Cero. Por definición termodinámica, para la forma elemental más estable en condiciones estándar ΔH°f es igual a 0.
Espontaneidad, Entropía y Energía Libre de Gibbs
Flashcards
- ¿Qué condición debe cumplirse para que la energía libre de Gibbs determine el estado de equilibrio químico?
- La variación instantánea de energía libre debe anularse por completo (Δ G = 0), instante en el que Q = K.
- ¿Cómo se define la constante de Boltzmann en términos de magnitudes conocidas?
- Se calcula como el cociente entre la constante universal de los gases R y el número de Avogadro NA: k = 1,38· 10^-23 JcdotK^-1.
Preguntas tipo test
- ¿Qué valor alcanza la entropía de un cristal perfecto en el cero absoluto?
- a) Infinito
- b) Cero
- c) 1,38 · 10⁻²³ J/K
- d) 8,31 J/mol K
Respuesta: b) Cero. El tercer principio establece que a 0 K y con un orden cristalino perfecto (W = 1), S = 0.
- ¿Qué expresión formula la ecuación de Gibbs-Helmholtz?
- a) S = k·ln W
- b) ΔG = ΔH - T·ΔS
- c) ΔU = Q + W
- d) ΔS = Q / T
Respuesta: b) ΔG = ΔH - T·ΔS. La ecuación fundamental de Gibbs-Helmholtz relaciona energía libre, entalpía y entropía según ΔG = ΔH - T·ΔS.
- ¿Cuánto vale ΔG cuando una reacción química alcanza el estado de equilibrio?
- a) ΔH°
- b) 0
- c) -R·T·ln K
- d) 1
Respuesta: b) 0. En el equilibrio termodinámico, el potencial químico se iguala y la variación neta ΔG es estrictamente 0.
Y 0 flashcards y 3 preguntas más en el documento.
Texto del documento
APUNTES FUNDAMENTOS DE QUÍMICA Grado en Biología Universidad de Girona AprenAI 2026-2027 Repasa los principios de la termodinámica, ley de Hess, entropía, energía libre de Gibbs y la ecuación de Van 't Hoff con fórmulas y conceptos clave.
APREN.AI Índice 1 Conceptos Fundamentales y Primer Principio de la Termodinámica Definiciones básicas y magnitudes energéticas Propiedades del sistema y energía interna Primer principio y calor de reacción 2 Entalpía de Reacción, Ley de Hess y Variación con la Temperatura Entalpía de reacción y clasificación de procesos térmicos Entalpías estándar de formación y Ley de Hess Variación de la entalpía con la temperatura: Ley de Kirchhoff 3 Espontaneidad, Entropía y Energía Libre de Gibbs Espontaneidad y concepto termodinámico de entropía Segundo y tercer principios de la termodinámica Energía libre de Gibbs y equilibrio químico 4 Formulario Primer Principio y Termoquímica Básica Leyes de Hess y de Kirchhoff Entropía, Energía Libre de Gibbs y Equilibrio Constantes y equivalencias fundamentales Errores típicos de examen Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.
Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 1 1 Conceptos Fundamentales y Primer Principio de la Termodinámica AL ACABAR SABRÁS Diferenciar entre propiedades intensivas y extensivas de un sistema químico. Calcular conversiones entre julios y calorías. Enunciar el primer principio de la termodinámica relacionando calor, trabajo y energía interna. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Puede un sistema realizar trabajo mecánico si no se le suministra calor desde el exterior?
Definiciones básicas y magnitudes energéticas La termodinámica estudia los intercambios y transformaciones de energía en los sistemas físicos y químicos. Dentro de este campo, la termoquímica se enfoca de modo específico en la energía calorífica absorbida o cedida durante las reacciones químicas. La energía mecánica asociada a un cuerpo se manifiesta principalmente bajo dos formas: Energía cinética ( ): depende de la masa y del movimiento del objeto, expresada mediante la fórmula . Energía potencial ( ): determinada por la posición relativa del cuerpo respecto a un campo gravitatorio: . Ambas formas energéticas pueden interconvertirse continuamente dentro de un sistema.
En el Sistema Internacional, la energía se mide en julios ( ). Otra unidad común es la caloría (cal), definida como el calor necesario para incrementar en 1 °C la temperatura de 1 g de agua pura. La relación de conversión exacta es (o de forma equivalente, ). Propiedades del sistema y energía interna Las propiedades de las sustancias y sistemas se clasifican según su dependencia de la cantidad de materia presente: Tipo de propiedad Definición Ejemplos del texto Intensiva No depende del tamaño ni de la masa del sistema. Temperatura. Extensiva Directamente proporcional a la cantidad de materia. Masa, volumen.
Una función de estado es una magnitud cuyo valor depende únicamente de las condiciones en los estados inicial y final del sistema, y no del camino recorrido durante la transformación. La energía interna (U) representa la totalidad de las energías cinéticas y potenciales de las partículas que componen el sistema. Su cambio en un proceso se calcula mediante: E c E = c mv 2 1 2 E p E = p mg h J = kg m 2 s 2 1 cal = 4,184 J 1 J = 0,24 cal Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 2 COMPRUEBA 2 ¿Por qué el volumen es una propiedad extensiva mientras que la temperatura es intensiva?
Primer principio y calor de reacción El primer principio de la termodinámica o ley de conservación de la energía dictamina que la energía total del universo permanece constante: no se genera ni se destruye, únicamente experimenta transformaciones. Su formulación matemática es: Esta expresión indica que el calor suministrado a un sistema cerrado se transforma en una variación de su energía interna, en trabajo ejercido sobre o por el entorno, o en una combinación de ambos. El calor de reacción a una temperatura fijada es el intercambio térmico neto (absorbido o emitido) desde que comienza el proceso hasta que los productos retornan a la temperatura inicial de los reactivos.
Es una magnitud proporcional a la cantidad de reactivo que participa. En química se definen dos marcos de referencia comunes para comparar propiedades: Condiciones estándar: temperatura de (298 K) y presión de 1 atm. Condiciones normales: temperatura de (273 K) y presión de 1 atm. El número de partículas existentes en un mol de cualquier elemento o sustancia viene dado por el número de Avogadro: . ERROR FRECUENTE No confundas condiciones estándar (25 °C y 1 atm) con condiciones normales (0 °C y 1 atm). En termodinámica química, las tablas de entalpías y energías libres de formación se encuentran tabuladas de forma casi universal en condiciones estándar de 25 °C (298 K).
ESQUEMA Propiedades de los sistemas termodinámicos ΔU = U final U inicial ΔU = Q + W 25 C 0 C N = A 6,023 10 mol 23 1 Propiedades intensivas No dependen del tamaño del sistema Temperatura Independiente de la masa Propiedades extensivas Proporcionales a la cantidad de materia Masa y volumen Varían con el tamaño Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 3 IDEAS CLAVE La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma: . Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de materia, mientras que las extensivas varían proporcionalmente a la masa. Una función de estado solo depende del punto inicial y del punto final del sistema.
Las condiciones estándar corresponden a 25 °C y 1 atm, mientras que las normales corresponden a 0 °C y 1 atm. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 3. ¿Cuál es la equivalencia energética entre calorías y julios según el Sistema Internacional? 4. ¿En qué se diferencia una función de estado de una magnitud que no lo es? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 5. ¿Qué establece el primer principio de la termodinámica? 6. ¿Cuáles son los valores correspondientes a las condiciones estándar? 7. ¿Cuál de las siguientes magnitudes es una propiedad intensiva? 8. ¿Cuántas partículas contiene un mol según el número de Avogadro recogido en las fuentes?
ΔU = Q + W La energía interna es siempre nula a) La entropía del universo siempre disminuye b) La energía no se crea ni se destruye c) El calor fluye espontáneamente al cuerpo caliente d) 25 °C y 1 atm a) 0 °C y 1 atm b) 100 °C y 1 atm c) 0 K y 1 atm d) Volumen a) Energía interna b) Masa c) Temperatura d) 6,023 · 10²³ partículas a) 8,31 · 10²³ partículas b) 4,184 · 10²³ partículas c) 1,38 · 10 ²³ partículas d) Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 4 2 Entalpía de Reacción, Ley de Hess y Variación con la Temperatura AL ACABAR SABRÁS Clasificar una reacción química en exotérmica o endotérmica a partir del signo de su entalpía.
Aplicar el concepto de entalpía estándar de formación para elementos e identificar por qué es cero. Explicar el fundamento de la ley de Hess y el enunciado formal de la ley de Kirchhoff. PIÉNSALO ANTES DE LEER 9 ¿Por qué podemos calcular el calor de una combustión sumando otras reacciones sin medirla directamente? Entalpía de reacción y clasificación de procesos térmicos La entalpía (H) es una función de estado que representa el intercambio de calor de un sistema cuando la transformación ocurre a presión constante.
Para una reacción global: Según el signo de la variación entálpica ( ), los procesos químicos se dividen en dos categorías: Reacción endotérmica ( ): el sistema absorbe calor del entorno. Reacción exotérmica ( ): el sistema libera calor hacia el medio exterior. Cuando los reactivos y productos se hallan en sus estados estándar a 25 °C y 1 atm, el calor de reacción recibe el nombre de entalpía estándar ( ). Toda ecuación termoquímica debe figurar correctamente ajustada, explicitando el estado de agregación (sólido, líquido, gas) de cada especie y el valor de asociado al número de moles indicados.
Entalpías estándar de formación y Ley de Hess La entalpía estándar de formación ( ) es la variación de calor asociada a la producción de un mol de compuesto puro a partir de sus elementos constituyentes en su forma alotrópica o estado físico más estable a 25 °C y 1 atm. CONVENIO PARA SUSTANCIAS ELEMENTALES Por convenio, la entalpía estándar de formación de cualquier elemento libre en su forma física de máxima estabilidad a presión y temperatura estándar es cero ( ), puesto que su síntesis a partir de sí mismo no conlleva transformación energética alguna.
La Ley de Hess (o ley de aditividad de calores de reacción) establece que si una reacción química se descompone en varias etapas intermedias, la variación entálpica del proceso global equivale exactamente a la suma algebraica de las variaciones entálpicas de cada una de las fases: ΔH = H productos H reactivos ΔH ΔH > 0 ΔH < 0 ΔH ΔH ΔH f ΔH = f 0 Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 5 COMPRUEBA 10 ¿Cuál es el valor de la entalpía estándar de formación del oxígeno diatómico gaseoso a 25 °C y 1 atm? Variación de la entalpía con la temperatura: Ley de Kirchhoff La capacidad calorífica de un cuerpo es la energía térmica necesaria para elevar su temperatura en 1 °C (o 1 K).
Cuando se dispone del calor molar a presión constante ( ), la variación térmica entre productos y reactivos viene definida por: La Ley de Kirchhoff describe formalmente cómo se modifica la entalpía de una reacción química en función de la temperatura del medio: ERROR FRECUENTE Olvidar los coeficientes estequiométricos al calcular mediante la ley de Hess o al calcular . Recuerda multiplicar siempre el valor molar de cada reactivo o producto por el número de moles presentes en la ecuación balanceada.
PROCESO Cálculo de la entalpía global mediante la Ley de Hess 1 Etapa elemental 1 Variación entálpica ΔH 2 Etapa elemental 2 Variación entálpica ΔH 3 Reacción global su mada ΔH global = ΔH + ΔH IDEAS CLAVE Un valor de indica proceso exotérmico, mientras que representa un proceso endotérmico. La entalpía de formación de un elemento libre en su forma más estable en condiciones estándar es exactamente cero. La ley de Hess permite sumar o restar etapas intermedias para calcular la entalpía de una reacción global. La variación de la entalpía con la temperatura viene dada por la ley de Kirchhoff y depende de .
ΔH = global ΔH etapas C p ΔC = p C p,productos C p,reactivos ΔH = T ΔH + 298 ΔC dT 0 T p ΔH ΔC p ΔH < 0 ΔH > 0 ΔC p Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 6 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 11. ¿Bajo qué condición experimental la variación entálpica ( ) coincide con el calor intercambiado? 12. ¿Por qué es nula la entalpía de formación de un elemento en su estado estándar? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 13. ¿Qué indica un signo positivo en la variación de entalpía (ΔH > 0)? 14. ¿Qué establece fundamentalmente la Ley de Hess? 15. ¿Cuánto vale la entalpía de formación de un elemento de referencia en su estado estándar? 16.
¿Qué ley describe la variación de la entalpía de reacción con la temperatura? 3 Espontaneidad, Entropía y Energía Libre de Gibbs AL ACABAR SABRÁS Definir el concepto termodinámico y microscópico de entropía según Boltzmann. Relacionar la energía libre de Gibbs con la constante de equilibrio termodinámica. Utilizar la ecuación de Van 't Hoff para estudiar el efecto de la temperatura sobre la constante de equilibrio. PIÉNSALO ANTES DE LEER 17 ¿Por qué un proceso con absorción de calor (endotérmico) puede llegar a ser espontáneo?
ΔH El proceso no intercambia calor a) El desorden del sistema disminuye b) La reacción es exotérmica c) La reacción es endotérmica d) Las entalpías parciales son aditivas en etapas a) La energía libre siempre se anula en equilibrio b) El calor se conserva solo a volumen constante c) La entalpía depende de la velocidad de reacción d) 8,31 J/mol a) 4,184 J b) Cero c) Un valor infinito positivo d) Ley de Kirchhoff a) Ley de Boyle b) Ley de Hess c) Tercer principio termodinámico d) Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 7 Espontaneidad y concepto termodinámico de entropía Un proceso es espontáneo si se produce de forma natural sin la intervención de agentes externos; desde el prisma macroscópico, las transformaciones espontáneas son termodinámicamente irreversibles.
El avance o espontaneidad de un cambio viene condicionado por la entropía (S), magnitud que actúa como medida directa del grado de dispersión o desorden presente en un sistema físico-químico: Un valor positivo ( ) indica un incremento efectivo en el nivel de desorden. Así, la entropía molar estándar ( ) se eleva siempre que un sólido transiciona hacia el estado líquido o gaseoso, así como en las reacciones donde se produce un mayor número neto de moles gaseosos.
Segundo y tercer principios de la termodinámica El segundo principio de la termodinámica estipula que en el transcurso de cualquier fenómeno espontáneo, la entropía combinada del sistema y su entorno experimenta un aumento neto: A escala microscópica, Boltzmann demostró que la entropía cuantifica las distintas formas en las que pueden ordenarse molecularmente las especies (la probabilidad termodinámica, ): La constante de Boltzmann ( ) se deduce como el cociente entre la constante universal de los gases y el número de Avogadro: El tercer principio de la termodinámica afirma que toda sustancia con una red cristalina perfecta a la temperatura del cero absoluto ( ) exhibe una entropía igual a cero.
Al existir una única forma de acomodación ( ): Por encima del cero absoluto, los átomos adquieren energía térmica y el valor de entropía pasa a ser estrictamente positivo. COMPRUEBA 18 ¿Qué valor toma la entropía según Boltzmann para un cristal perfecto a 0 K? Energía libre de Gibbs y equilibrio químico La magnitud que conecta entalpía y entropía a temperatura constante es la energía libre de Gibbs ( ). Representa la porción de energía útil disponible para realizar trabajo: .
La relación formal entre estas variables se enuncia mediante la ecuación de Gibbs-Helmholtz: ΔS = = T Q S final S inicial ΔS > 0 S ΔS = total ΔS + sistema ΔS > entorno 0 W S = k lnW k k = = N A R = 6,023 10 mol 23 1 8,31 J mol K 1 1 1,38 10 J 23 K 1 T = 0 K W = 1 S = k ln(1) = 0 G W = m x a ˊ ΔG Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 8 Para analizar el comportamiento de una reacción fuera de las condiciones estándar, se recurre al cociente de reacción ( ): Para la reacción general en fase gas, considerando presiones parciales relativas: Alcanzado el estado de equilibrio químico, el sistema se estabiliza de modo que y la relación de presiones o concentraciones se transforma en la constante de equilibrio respectiva ( o ): Despejando la constante en base a la energía libre estándar se deduce: Por último, la ecuación de Van 't Hoff permite calcular la evolución de la constante de equilibrio en función del cambio de temperatura térmica: ERROR FRECUENTE Confundir con .
En el equilibrio dinámico es la variación instantánea la que se iguala a 0, mientras que el valor estándar tiene un valor fijo característico de la reacción que determina numéricamente la constante .
PROCESO Condición de equilibrio desde la energía libre de Gibbs 1 Estado fuera de equilibrio ΔG = ΔG° + R·T·ln Q 2 Alcanza el equili brio químico ΔG = 0 y Q = K 3 Relación con la constante ΔG° = -R·T·ln K ΔG = ΔH T ΔS Q ΔG = ΔG + R T lnQ a A + bB c C + d D ΔG = ΔG + R T ln ( P P A a B b P P C c D d ) ΔG = 0 K p K c ΔG = R T lnK (gases) ΔG = p R T lnK (disoluci n) c o ˊ K = e R T ΔG log = ( K 1 K 2 ) 2,303 R ΔH ( T 1 1 T 2 1 ) ΔG ΔG ΔG ΔG K Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 9 IDEAS CLAVE Un sistema espontáneo requiere que la variación neta de la entropía del universo sea siempre positiva ( ). A 0 Kelvin, una sustancia perfectamente cristalina posee entropía cero ( ).
La espontaneidad global a temperatura y presión dadas la define el criterio de Gibbs: . En el equilibrio químico , obteniéndose la relación termodinámica . La ecuación de Van 't Hoff predice cuantitativamente la variación de la constante ante saltos térmicos de temperatura. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 19. ¿Qué condición debe cumplirse para que la energía libre de Gibbs determine el estado de equilibrio químico? 20. ¿Cómo se define la constante de Boltzmann en términos de magnitudes conocidas? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 21. ¿Qué valor alcanza la entropía de un cristal perfecto en el cero absoluto? 22.
¿Qué expresión formula la ecuación de Gibbs-Helmholtz? 23. ¿Cuánto vale ΔG cuando una reacción química alcanza el estado de equilibrio? 24. ¿Qué ecuación evalúa el desplazamiento de la constante de equilibrio con la temperatura?
ΔS > total 0 W = 1 ΔG = ΔH T ΔS ΔG = 0 ΔG = R T lnK K Infinito a) Cero b) 1,38 · 10 ²³ J/K c) 8,31 J/mol K d) S = k·ln W a) ΔG = ΔH - T·ΔS b) ΔU = Q + W c) ΔS = Q / T d) ΔH° a) 0 b) -R·T·ln K c) 1 d) Ecuación de Boltzmann a) Ecuación de Kirchhoff b) Ley de Hess c) Ecuación de Van 't Hoff d) Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 10 4 Formulario Primer Principio y Termoquímica Básica Fórmula o procedimiento Significado de los símbolos Cuándo se usa : masa; : velocidad. Cálculo de la energía cinética de un cuerpo o partícula en movimiento. : masa; : gravedad; : altura. Cálculo de la energía potencial gravitatoria según la posición.
: variación de energía interna; : calor intercambiado; : trabajo realizado. Primer principio de la termodinámica para balances energéticos. : entalpía de reacción; : entalpías molares. Calor intercambiado en reacciones químicas a presión constante ( exotérmica, endotérmica). Leyes de Hess y de Kirchhoff Fórmula o procedimiento Significado de los símbolos Cuándo se usa : entalpías de reacciones intermedias. Ley de Hess: cálculo indirecto de entalpías mediante combinación de reacciones. : capacidades caloríficas molares a presión constante. Determinación de la variación neta de capacidad calorífica de una reacción. : entalpía a temperatura ; : entalpía estándar a 25 °C.
Ley de Kirchhoff: corrección del valor de entalpía de reacción con la temperatura. Entropía, Energía Libre de Gibbs y Equilibrio Fórmula o procedimiento Significado de los símbolos Cuándo se usa : entropía; : calor transferido; : temperatura absoluta. Cuantificación del cambio en el desorden termodinámico. : constante de Boltzmann; : probabilidad termodinámica (microestados). Fórmula de Boltzmann; en el cero absoluto ( , ) resulta .
E = c mv 2 1 2 m v E = p mgh m g h ΔU = Q + W ΔU Q W ΔH = H productos H reactivos ΔH H ΔH < 0 ΔH > 0 ΔH = global ΔH etapas ΔH etapas ΔC = p C p,productos C p,reactivos C p ΔH = T ΔH + 298 ΔC dT 0 T p ΔH T T ΔH 298 ΔS = = T Q S final S inicial S Q T S = k ln W k W T = 0 K W = 1 S = 0 Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 11 Fórmula o procedimiento Significado de los símbolos Cuándo se usa : cambio de energía libre; : entalpía; : temperatura; : entropía. Ecuación de Gibbs-Helmholtz para predecir la espontaneidad ( ). : energía libre estándar; : constante de los gases; : cociente de reacción. Cálculo de la energía libre en condiciones no estándar.
: constante de equilibrio ( en gases o en disolución). Relación en el equilibrio termodinámico ( y ). : constante termodinámica de equilibrio. Cálculo directo de la constante de equilibrio a partir de . : constantes a temperaturas ; : entalpía estándar. Ecuación de Van 't Hoff: evolución de la constante de equilibrio con la temperatura.
Constantes y equivalencias fundamentales Equivalencia mecánica del calor: " Unidad en el SI de energía: Número de Avogadro: Constante universal de los gases: Constante de Boltzmann: Condiciones estándar: 25 °C (298 K) y 1 atm " Condiciones normales: 0 °C (273 K) y 1 atm Entalpía estándar de formación de elementos de referencia: Errores típicos de examen Confundir condiciones estándar (25 °C y 1 atm) con condiciones normales (0 °C y 1 atm) al seleccionar datos tabulados. Confundir con : en el equilibrio químico , mientras que permanece constante a una temperatura dada y define el valor de .
Olvidar multiplicar las capacidades caloríficas ( ) o las entalpías de formación por sus respectivos coeficientes estequiométricos. ΔG = ΔH TΔS ΔG ΔH T ΔS W = m x a ˊ ΔG ΔG = ΔG + RT ln Q ΔG R Q ΔG = RT ln K K K p K c ΔG = 0 Q = K K = e RT ΔG K ΔG log = (K 1 K 2 ) 2,303R ΔH (T 1 1 T2 1 ) K , K 1 2 T , T 1 2 ΔH 1 cal = 4,184 J 1 J = 0,24 cal 1 J = 1 kg m 2 s 2 N = A 6,023 10 mol 23 1 R = 8,31 J mol 1 K 1 k = = N A R 1,38 10 J 23 K 1 ΔH = f 0 ΔG ΔG ΔG = 0 ΔG K C p Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 12 Soluciones de las preguntas de repaso 1. Sí, utilizando su propia energía interna ( con ), lo que provocará una disminución de su temperatura o energía interna. 2.
Porque si dividimos un sistema en dos partes iguales, la masa y el volumen se reducen a la mitad (dependen del tamaño), mientras que la temperatura permanece idéntica en ambas partes (no depende de la cantidad de materia). 3. Una caloría equivale exactamente a , por lo que un julio equivale aproximadamente a . 4. El cambio en una función de estado depende exclusivamente del estado inicial y final del sistema, independientemente de la trayectoria seguida durante el proceso. 5. c) La energía no se crea ni se destruye. El primer principio expresa la ley de conservación de la energía: se transforma, pero nunca se crea ni se destruye. 6. a) 25 °C y 1 atm.
Las condiciones estándar en termodinámica química corresponden a 25 °C (298 K) y una presión de 1 atm. 7. d) Temperatura. La temperatura es intensiva porque su valor no depende de la cantidad total de materia del sistema. 8. a) 6,023 · 10²³ partículas. El número de Avogadro se define numéricamente como 6,023 · 10²³ partículas por mol. 9. Porque la entalpía es una función de estado; su variación solo depende del estado inicial y final, permitiendo la suma algebraica según la Ley de Hess. 10. Es cero ( ), puesto que el O gaseoso es la forma molecular elemental más estable del oxígeno en esas condiciones estándar. 11. Únicamente en procesos que se desarrollan a presión constante ( ). 12.
Porque formar un elemento a partir de ese mismo elemento en idéntico estado termodinámico no supone ningún cambio físico ni químico, sin transferencia de calor. 13. d) La reacción es endotérmica. Cuando ΔH > 0 el sistema gana o absorbe calor del medio, por lo que es un proceso endotérmico. 14. a) Las entalpías parciales son aditivas en etapas. La ley de Hess establece que la entalpía global de un proceso es la suma de las entalpías de sus etapas intermedias. 15. c) Cero. Por definición termodinámica, para la forma elemental más estable en condiciones estándar ΔH°f es igual a 0. 16. a) Ley de Kirchhoff.
La ley de Kirchhoff integra el término ΔCp para ajustar el valor de ΔH a una temperatura distinta de 298 K. 17. Porque si el aumento de desorden ( ) es suficientemente grande, el término superará a , haciendo que sea negativo. 18. Vale cero ( ), ya que solo existe una única forma microscópica posible de ordenar las partículas en dicho cristal ( y ). 19. La variación instantánea de energía libre debe anularse por completo ( ), instante en el que . 20. Se calcula como el cociente entre la constante universal de los gases y el número de Avogadro : .
ΔU = W Q = 0 4,184 J 0,24 cal ΔH = f 0 Q = p ΔH ΔS T ΔS ΔH ΔG S = 0 W = 1 ln 1 = 0 ΔG = 0 Q = K R N A k = 1,38 10 J 23 K 1 Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 13 21. b) Cero. El tercer principio establece que a 0 K y con un orden cristalino perfecto (W = 1), S = 0. 22. b) ΔG = ΔH - T·ΔS. La ecuación fundamental de Gibbs-Helmholtz relaciona energía libre, entalpía y entropía según ΔG = ΔH - T·ΔS. 23. b) 0. En el equilibrio termodinámico, el potencial químico se iguala y la variación neta ΔG es estrictamente 0. 24. d) Ecuación de Van 't Hoff. La ecuación de Van 't Hoff conecta el cociente de constantes K /K con la entalpía estándar y las temperaturas T y T .
Termodinámica Química: Entalpía, Entropía y Gibbs 14