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Termodinámica química

Termodinámica química

La termodinámica química es el estudio de la interrelación del calor y el trabajo con reacciones químicas o con cambios físicos de estado dentro de los límites de las leyes de la termodinámica. La termodinámica química implica no solo medidas de laboratorio de diversas propiedades termodinámicas, sino también la aplicación de métodos matemáticos al estudio de cuestiones químicas y la espontaneidad de los procesos.

La estructura de la termodinámica química se basa en las dos primeras leyes de la termodinámica. A partir de la primera y la segunda ley de la termodinámica, se pueden derivar cuatro ecuaciones denominadas "ecuaciones fundamentales de Gibbs". A partir de estas cuatro, se pueden derivar una multitud de ecuaciones que relacionan las propiedades termodinámicas del sistema termodinámico utilizando matemáticas relativamente simples. Esto describe el marco matemático de la termodinámica química.

La termodinámica química está en estrecho contacto con secciones de química tales como

  • química analítica
  • electroquímica
  • química coloide
  • Adsorción y cromatografía

Objetivo de la termodinámica química

El objetivo principal de la termodinámica química es el establecimiento de un criterio para determinar la viabilidad o espontaneidad de una transformación dada. De esta manera, la termodinámica química se usa normalmente para predecir los intercambios de energía que ocurren en los siguientes procesos:

  • Reacciones químicas
  • Cambios de fase
  • La formación de soluciones.

Las siguientes funciones de estado son de principal preocupación en la termodinámica química:

  • Energía interna (U)
  • Entalpía (h). La entalpía es una cantidad física definida en el campo de la termodinámica clásica para que mida el máximo de energía de un sistema termodinámico teóricamente susceptibles de ser eliminado de este en forma de calor. Es particularmente útil para entender y describir procesos isobáricos: presión constante, la variación de entalpía está directamente asociada con la energía recibida por el sistema en forma de calor, estos son fácilmente cuantificables con calorímetros.
  • Entropía (S). La entropía, es una magnitud termodinámica que explica la energía que no se puede realizar el trabajo útil en un proceso termodinámico. Es una función de un estado de carácter extenso y su valor crece en un sistema aislado, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica. Puede interpretarse como el estado de desorden de un sistema. La variación positiva de la entropía indica el sentido natural en el que ocurre cualquier evento en un sistema aislado.
  • Energía libre de Gibbs (G). En termodinámica, la energía libre de Gibbs (o entalpía libre) es una expresión matemática, más específicamente una función de estado extensa, que proporciona la condición de equilibrio y espontaneidad para cualquier proceso que tenga lugar bajo presión constante (por ejemplo, muchas reacciones). productos químicos). Los cambios en la energía libre están simbolizados como ΔG y representan la energía disponible para el trabajo químico útil.

La mayoría de las identidades en la termodinámica química surgen de la aplicación de la primera ley de la termodinámica y de la segunda ley de la termodinámica, en particular la ley de conservación de la energía, a estas funciones estatales.

Leyes de la termodinámica

De forma resumida las tres leyes de la termodinámica anuncian lo siguiente:

La energía del universo es constante.
En cualquier proceso espontáneo, siempre hay un aumento en la entropía del universo.
La entropía de un cristal perfecto (bien ordenado) a 0 Kelvin es cero.

Las leyes de la termodinámica describen, en principio, al transporte privado de calor y trabajo en los procesos termodinámicos. Sin embargo, desde su concepción, estas leyes de la física se convirtieron en las más importantes de toda Física y otras ciencias relacionadas con la termodinámica. Se ven a menudo asociadas con conceptos demasiado alejados de lo que recogen sus enunciados.

Leyes de la termodinámica

0. ley cero de la termodinámica.

1. primera ley de la termodinámica.

2. segunda ley de la termodinámica.

3. tercera ley de la termodinámica.

El primer principio que se estableció fue la segunda ley de la termodinámica, tal como la formuló Sadi Carnot el 1824. El 1860 ya estableció dos "principios" de la termodinámica con las obras de Rudolf Clausius y William Thomson, Lord Kelvin. Con el tiempo, estos principios se han convertido en "leyes". El 1873, por ejemplo, Willard Gibbs afirmó que había dos leyes absolutas de la termodinámica en sus métodos gráficos en la termodinámica de fluidos. Actualmente se enuncian un total de cuatro leyes. En los últimos 80 años, algunos autores han sugerido otras leyes, pero ninguna de ellas fue aceptada por unanimidad.

Historia de la termodinámica química

El desarrollo de la termodinámica química se desarrolló simultáneamente de dos maneras: termoquímica y termodinámica.

La aparición de la termoquímica como una ciencia independiente debe considerarse como el descubrimiento por Herman Ivanovich Hess, profesor de la Universidad de Petersburg, la relación entre los efectos térmicos de las reacciones químicas, las leyes de Hess.

En 1867, sobre la base de la termoquímica, Marselen Berthelot propuso una de las primeras teorías de la afinidad química, explicando la dirección del flujo de las reacciones químicas.

Los logros generales de la termodinámica, como parte de la química teórica, reflejados en el estudio de la entropía, llevaron a la aparición de otro método de investigación, no relacionado con la teoría de la afinidad química probada negativamente.

Los fundamentos de la termodinámica química clásica se establecieron en el trabajo de Josiah Willard Gibbs " Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas " (1878), en el que se desarrolló un método gráfico para representar los estados de una sustancia, el método de los potenciales termodinámicos y la regla de las fases.

Los métodos de Gibbs, también desarrollados por Pierre Dueme, dieron un gran impulso al desarrollo de las aplicaciones termodinámicas, ya que eran mucho más simples que el método de los procesos circulares, que requerían inventar procesos hipotéticos que cerraban cierto proceso en uno circular.

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Última revisión: 30 de octubre de 2018

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