Teoría 2 Termoquímica: Variables termodinámicas y funciones de estado

Hemos visto en el primer apartado de introducción a la termodinámica química el concepto de sistema y los tipos de sistemas termodinámicos existentes. Ahora bien, una vez delimitado un sistema termodinámico, ¿qué necesitamos conocer para definirlo en profundidad? Necesitamos conocer, además de la composición química del sistema, el valor de una serie de variables que determinan el estado del mismo desde un punto de vista macroscópico. A estas variables se las denomina Variables Termodinámicas. Algunos ejemplos de Variables Termodinámicas son: volumen, temperatura, presión…

 

Tipos de Variables termodinámicas: extensivas e intensivas

 

Las variables termodinámicas se clasifican en dos tipos, atendiendo a su dependencia o independencia con la cantidad total de materia presente en el sistema. Así, tenemos:

  • Variables extensivas: si su valor depende de la cantidad o porción de sistema que se considera, por ejemplo: masa, volumen, número de moles…
  • Variables intensivas: si su valor no depende de la cantidad de sistema considerado, por ejemplo: temperatura, densidad, presión, concentración…
En la tabla siguiente se muestran algunas variables extensivas e intensivas:

 

Tabla de variables termodinámicas extensivas e intensivas

 

Una forma sencilla de distinguir si una variable es extensiva o intensiva es dividir el sistema en dos bloques iguales y considerar si dicha variable cambia o se mantiene constante con respecto al sistema completo. Imaginemos que tenemos el siguiente sistema, constituido por 1 mol de hidrógeno en un recipiente de 22,4 litros:

Recipiente con hidrógeno: variables intensivas y extensivas

Aunque para el sistema anterior hemos indicado muchas variables, para describir por completo el estado de un sistema no es necesario conocerlas todas, se pueden limitar, dado que las variables termodinámicas se hallan relacionadas entre sí por ecuaciones matemáticas. Por ejemplo, la ecuación de Clapeyron para los gases ideales:

P·V = n·R·T

Donde:

P = presión (atm o pascales, Pa)

V = volumen (litros o m3)

n = número de moles

R = constante de los gases ideales, 0,082 atm·l/K·mol o 8,31 J/K·mol

T = temperatura en grados kelvin (K)

Dada esta ecuación para los gases ideales, bastará conocer la presión, el volumen y la temperatura para definir el estado del sistema, y el número de moles, o la densidad, o la masa, se podrían calcular conociendo dichos valores de P, V y T. Por tanto, con estas variables el sistema quedaría totalmente descrito.

 

Procesos isotermos, isobáricos, isocoros y adiabáticos

 

Un procedimiento habitual a nivel experimental para facilitar el estudio de los sistemas termodinámicos es limitar el número de variables de dicho sistema, manteniendo algunas fijas. Por ejemplo, si estudiamos un proceso a una temperatura constante de 25ºC, la temperatura dejará de ser una variable (no varía) y pasará a ser un valor numérico. Este tipo de proceso en el que se fija una variable adopta su nombre en función de cuál sea la variable fijada:

  • A los procesos que se llevan a cabo a temperatura constante, se los denomina isotermos o isotérmicos (T = cte)
  • A los procesos que se llevan a cabo a presión constante, se los denomina isobáricos (P = cte)
  • A los procesos que se llevan a cabo a volumen constante, se los denomina isocoros (V = cte)
  • A los procesos que se llevan a cabo sin transferencia de calor entre el sistema y el entorno, se los llama adiabáticos (Q = 0)

 

Definición de función de estado

Por último, aunque no por ello menos importante, debemos saber que algunas variables termodinámicas son, además, lo que se conoce como funciones de estado. ¿Qué significa esto? Significa que si el sistema sufre una modificación y pasa de un estado A a un estado B, el valor de estas variables termodinámicas que son funciones de estado no depende de cómo se ha efectuado la transformación, sólo del estado del sistema.

Veremos esto con un ejemplo concreto para que sea más sencillo, tomando como variable la temperatura. Consideremos un sistema que está en un estado A en el cual la temperatura es de 20ºC. Este sistema sufre una transformación y pasa a estar en un estado B en el cual la temperatura es de 60ºC. El sistema en le estado B seguirá estando a 60ºC independientemente del camino que haya seguido la transformación. No depende del camino que ha seguido dicha transformación, no importa si se ha calentado y luego enfriado, o si se ha calentado progresivamente… La temperatura en el estado B seguirá siendo de 60ºC, sin importar cómo se ha llegado a ello. Por esto, la temperatura es una función de estado, sólo depende del estado del sistema en el momento en que lo consideremos.

Transformación de temperatura: ejemplo de función de estado

Otra forma de decir esto es que las variaciones que experimentan las funciones de estado sólo dependen del estado inicial y final del sistema. En nuestro caso la variación de temperatura es de 40ºC (60 – 20).

Otras variables termodinámicas que son función de estado son el volumen, la presión, y otros nuevos conceptos en los que vamos a profundizar a lo largo del tema como la energía interna, la entalpía, la entropía y la energía libre de Gibbs.

Category: Teoría de Termoquímica and Termodinámica Química.

35 Comentarios

  1. GRACIAS!
    Me da curiosidad que gana esta pagina? o la chica de los videos? le pagan por las clases que hace? es solo curiosidad…
    Como sea muchas Gracias, soy estudiante de Geología primer año y
    aprobare mi Química I
    gracias a ustedes :)

    Belen, 3 Años Antes Reply

  2. Es posible tener los apuntes en pdf?
    Felicidades por los videos.

    Isidre Badia, 3 Años Antes Reply

  3. Son unos genios. Estoy preparando mi final de quimica general y esto me sirve muchisimo. Gracias desde Argentina, Misiones.

    Andres, 3 Años Antes Reply

    • Muchas gracias Andrés, ¡suerte con tu final de química!

      QuimiTube, 3 Años Antes Reply

  4. Tengo una duda sobre termoquimica, ¿Por qué en una reacción p->r
    si p se ha transformado casi por completo en r, AS sera igual tanto en un sentido como en el otro, (Ley de hess) ?
    y ¿Por que si hay un numero igual de moles de reactivos que de productos AH=AE porque AS es cercano a 0?

    Lidia, 2 Años Antes Reply

  5. Gracias Quimitube.
    Soy estudiante de bachillerato y esto no lo encontraba y me sera de mucha ayuda para mi examen de Física I

    cintia, 2 Años Antes Reply

    • Hola Cintia, muchas gracias por tu comentario, me alegra que te sirva. ¡Suerte con tu examen! Un abrazo

      QuimiTube, 2 Años Antes Reply

  6. hola, excelente blog… me he visto todos los videos son muy explicativos, pero tengo una duda… y ya me la ha preguntado varias veces el profe pero la respuesta q le doy el siempre dice q no es… y ya la he buscado en todos lados y en todos lados dice lo mismo… la pregunta es: porque una funcion de estado solo depende de su estado inicial y final? mi respuesta a esto ha sido: porque sus valores dependen unicamente del estado en concreto del sistema y no del camino o transformaciones que halla sufrido para llegar a un estado….. no se si estoy mal.. pero eso lo he leido en todos lados hasta en los libros… me podrias ayudar con esto…??

    mil gracias por tus videos y el blog me han sido de muchisima ayuda y eso que estoy en la universidad..!! besosss espero q me puedas ayudar!! :)

    meli, 2 Años Antes Reply

    • Hola Meli, muchas gracias por tu apoyo y por tu comentario. ¿Tu pregunta es si esa respuesta es correcta? A mí sí me parece una repuesta adecuada, ¿es que no te la dan por válida?

      QuimiTube, 2 Años Antes Reply

      • hola, si, la respuesta q estoy dando la a pregunta es correcta?? porque ya la he respondido de esa forma y el profe dice q no…!!! :(

        no se si tiene q ser una respuesta mas tecnica, pero en todos lados hasta en los libros dice asi… no se si es q el profesor tiene otra visión de lo que es una función de estado o sera q la respuesta esta muy obvia y sencilla?? jajaajajaj!

        mil gracias por responder :)

        meli, 2 Años Antes Reply

  7. hola! me dieron el siguiente ejercicio y no puedo resolverlo
    calcule la constante de equilibrio a 25°C y a 150!C utilizando los datos del apendice 2A
    NH4Cl (s)—–NH3(g) + HCl(g)

    GRACIAS!!! MUY BUENOS LOS VIDEOS!!!

    SABRY, 2 Años Antes Reply

  8. Muchas gracias por los videos y los apuntes, me han sido de mucha ayuda tanto en química I como en química II :)

    Jorge, 2 Años Antes Reply

    • Muchas gracias a ti por comentar, me alegra mucho que te haya servido :) Un saludo grande

      QuimiTube, 2 Años Antes Reply

  9. Me enamorado de tus clases, que genial tu manera de explicar bastante claro los temas. Te agradezco infinitamente el aporte que nos haces.
    Saludos.

    daniel, 2 Años Antes Reply

  10. Eres la mejor pedagoga (: , me ahuda mucho y eso que voy en la universidad, deberias contestar el problemario de el lobro FISICOQUIMICA de Caestellan.

    Santos, 2 Años Antes Reply

    • ¡Hola Santos! Muchas gracias :) No conozco ese problemario, pero si tengo ocasión de conseguirlo le echaré un vistazo para buscar ejercicios interesantes. Un saludo grande.

      QuimiTube, 2 Años Antes Reply

  11. Buenos videos, muy bien explicados,, muy didácticos.

    Carlos, 1 Año Antes Reply

  12. me sirvio mucho gracias a ti estoy en 1ro en la secundaria y mi maestra quedo imprecionada y megane 100
    gracias y que Dios te bendiga

    angeles esther betancourt tejeda, 1 Año Antes Reply

  13. Excelente página!, muy buenos videos, ha sido de gran ayuda! Muchas gracias desde México D.F.

    Abbey, 1 Año Antes Reply

    • ¡Hola! Mil gracias por tu comentario, un saludo grande hasta México D.F.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  14. solo puedo decir excelente los vídeos, muy pedagógicos , didácticos… lo justo , a mi me fue de utilidad, reinicie los estudios a los 63 años, estoy en primer año de ing. en computación en la universidad de córdoba argentina, tengo química aplicada,después de 42 años que termine el secundario no recordaba casi nada de química,me fue de mucha ayuda los vídeos de termoquimica,..muchas gracias.

    RODOLFO

    Rodolfo, 1 Año Antes Reply

  15. solo puedo mandar un aplauso para ti y tu linda pagina deverdad que dices las cosas muy simples y sin mas complicaciones ( como debe ser jaja), la verdad contigo si me caso jajaja, un saludo desde mexico, felicitaciones y sigan así.
    atte alex estudiante de ingenieria mecánica

    ALEJANDRO, 1 Año Antes Reply

    • Hola Alex, mil gracias por tu comentario, me has hecho reír :) Me alegra mucho que las cosas te parezcan sencillas, es la base de todo aprendizaje (en mi opinión), simplificar lo complejo. Un saludo grande hasta México.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

      • Y una pregunta mas por favor. La temperatura en un proceso isotérmico sigue siendo función de estado?

        Edwin, 7 Mess Antes Reply

  16. Muy buena la explicación de este tema que paresia complejo, la felicito. Una consulta la masa, numero de moles y la densidad pueden ser también funciones de estado? o que tendría que hacer para darme cuenta que si es una función de estado.

    Edwin, 7 Mess Antes Reply

  17. Y una pregunta mas por favor. En un proceso isotérmico la temperatura sigue siendo función de estado?

    Edwin, 7 Mess Antes Reply

  18. Gracias los videos y explicaciones me han de sido de gran ayuda, las temáticas desarrolladas, son claras y concretas, Felicitaciones.

    ESPERANZA, 7 Mess Antes Reply

    • Muchas gracias Esperanza, ¡bienvenida!

      QuimiTube, 6 Mess Antes Reply

  19. Hola. Alguien sabría explicarme como obtener la ecuación diferencial para poder integrarla (eso ya lo hago yo) que me lleve a poder relacionar la p-T adiabáticamente?

    Muchas gracias

    MARCOS FRIGOLS GALAN, 3 Mess Antes Reply

    • Hola Marcos, lo siento lo que preguntas se escapa de mis conocimientos actuales, a ver si hay suerte y alguien que lo tenga más fresco te lo puede indicar. Un saludo.

      QuimiTube, 3 Mess Antes Reply


Escribe un comentario

Uso de cookies

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.

ACEPTAR