La termodinamica UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

...

El desarrollo de la mecánica cuántica y su aplicación al estudio de los fenómenos químicos ha sido uno de los cambios más notables que se han producido en la química del siglo XX. Entre los científicos que más aportaciones han realizado en este sentido se encuentra Linus Pauling, autor de libros tan significativos como su Introduction to Quantum Mechanics, With applications to Chemistry (1935) o The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals (1939). Entre otras muchas aportaciones, Linus Pauling fue el introductor de nuestro concepto moderno de electronegatividad.

La fisicoquímica reúne los datos necesarios para la definición de las propiedades y características de los gases, líquidos, sólidos, soluciones, y dispersiones coloidales a fin de sistematizarlos y darles un fundamento teórico. También establece las relaciones de energía en las transformaciones físicas y trata de predecir en que magnitud y con qué velocidad se producen. Para realizar este propósito la fisicoquímica utiliza enfoques microscópicos y macroscópicos, estableciendo leyes, modelos y postulados que permiten explicar y predecir los fenómenos estudiados, de hecho, esta ciencia es un campo donde la física y la matemática se aplican ampliamente en el estudio y la resolución de problemas relacionados con los procesos químicos de interés. Pero, además, se apoya ampliamente en la experimentación, cuyas técnicas y métodos juegan un papel tan determinante como las leyes y métodos matemáticos.

Algunas aplicaciones de la fisicoquímica en nuestra vida cotidiana pueden ser aquellas que denotan más importancia en la actualidad sobretodo porque son usadas con frecuencia en diferentes casos de las actividades que cualquier ser humano realiza a continuación mostraremos los campos de aplicación de esta grandiosa subdisciplina: Farmacéutica, Industria del petróleo, Electrónica, Robótica, Cuidado del medio ambiente, Electrónica, Medicina, Nanotecnología, En el espacio, Automotriz, Electrolisis, Metalurgia, Termodinámica, Rayos x, Pilas secas, Radiactividad, Carbono 14, Suplementos alimenticios, Quimioterapias.

- CONCEPTO DE CALOR

Es la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o un sistema y sus alrededores) debido a una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito que se reconoce solo cuando se cruza la frontera de un sistema termodinámico.

El término calor, por tanto, se debe de entender como transferencia de calor y solo ocurre cuando hay diferencia de temperatura y en dirección de mayor a menor. De ello se deduce que no hay transferencia de calor entre dos sistemas que se encuentran a la misma temperatura (están en equilibrio térmico).

- PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

En palabras llanas: “La energía ni se crea ni se destruye: sólo se transforma”.Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente: Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma: Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W. Ambas expresiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos IUPAC o el Tradicional (véase criterio de signos termodinámico).

- CAPACIDADES CALORIFICAS A VOLUMEN:

La capacidad calorífica o capacidad térmica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta.

En una forma más rigurosa, es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura.

Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

La capacidad calorífica volumétrica describe la capacidad de cierto volumen de una sustancia para almacenar calor al experimentar un cierto cambio en su temperatura sin cambiar de fase. Se diferencia del calor específico en que está determinado por el volumen del material, mientras que el calor específico está basado en la masa del material. Se puede obtener la capacidad calorífica volumétrica de una substancia al multiplicar el calor específico por su densidad.

Dulong y Petit predijeron en 1818 que ρc sería constante para todos los elementos en estado sólido, esto es conocido como la Ley de Dulong-Petit. De hecho la cantidad varía desde 1.2 hasta 4.5 MJ/m3K. Para fluidos está en el rango de 1.3 a 1.3 MJ/m3K y para gases es una constante 1.0 kJ/m3K. La capacidad calorífica volumétrica se define en unidades del SI de J/ (m³·K). También puede ser definida en unidades Imperiales como BTU/ (ft³·F°).

El término Inercia Térmica es usado frecuentemente al modelar procesos de transferencia de calor y es una propiedad relacionada con la conductividad térmica y la capacidad calorífica volumétrica. Por ejemplo, con las expresiones este material tiene una alta inercia térmica, o la inercia térmica juega un papel importante en este sistema se quiere decir que