Teoría 5 Termoquímica: Primera Ley de la Termodinámica. Aplicación a las reacciones químicas.

Hemos visto en el primer apartado introductorio sobre termoquímica, que toda reacción química obedece a dos leyes fundamentales, la Ley de conservación de la masa y la Ley de conservación de la energía. Es esta segunda, la Ley de Conservación de la Energía, la que constituye o surge del Primer Principio de la Termodinámica o Primera Ley de la Termodinámica. Este Primer Principio establece, por tanto, que la energía siempre se conserva, de modo que si en un sistema capaz de intercambiar energía, la energía disminuye, necesariamente aparecerá una cantidad de energía equivalente en el entorno, ya que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Matemáticamente, el Primer Principio de la Termodinámica determina cómo afectan los intercambios de calor, Q, y trabajo, W, a la energía global de un sistema. Es por este motivo que la transferencia de energía en forma de calor y la transferencia de energía en forma de trabajo las hemos tratado en dos apartados previos de teoría.

Así, la ecuación matemática del Primer Principio es:

Primer Principio de la Termodinámica

 

Siendo, según el criterio de signos establecido por la IUPAC, y explicado en el apartado 3, positivo el calor y el trabajo que entra o se realiza sobre el sistema, y negativo el calor que sale del sistema o el trabajo realizado por el mismo.

U es una función de estado que introducimos por primera vez en este tema y que recibe el nombre de energía interna del sistema. Así, se puede enunciar la Primera Ley de la Termodinámica como:

La variación de energía interna de un sistema es igual a la suma del calor y el trabajo que intercambia con su entorno.

Pero… ¿qué es la energía interna de un sistema? Es la energía asociada a la estructura interna del sistema, es decir, la suma de todas las energías contenidas en el mismo, como la energía cinética de sus partículas individuales (núcleos, átomos, moléculas… que pueden vibrar, rotar o incluso efectuar movimientos de traslación, como los gases) y la energía potencial de éstas, esencialmente energía potencial eléctrica debida a atracciones núcleo-electrón, repulsiones núcleo-núcleo y repulsiones electrón-electrón.

El valor absoluto de la energía interna de un sistema, U, se desconoce por su gran complejidad, pero sí que podemos medir o determinar su variación, ΔU, cuando pasa de un estado inicial a un estado final, ya que, como hemos dicho, la energía interna es una función de estado y sólo depende de dichos estados inicial y final:

Variación de energía interna de un sistema, energía interna final menos inicial

En cuanto a la aplicación del Primer Principio de la Termodinámica a las reacciones químicas, que es lo que nos interesa en este caso, la variación de energía interna representa la diferencia de energía entre los productos y los reactivos, siendo Q y W la transferencia de calor como calor y como trabajo que acompañan a dicha reacción química.

Primer Principio de la termodinámica aplicado a reacciones químicas

En concreto, en este curso vamos a aplicar el Primer Principio de la Termodinámica a las reacciones químicas en dos casos particulares, cuando el volumen permanece constante, es decir, es un proceso isocoro, y cuando la presión permanece constante, es un proceso isobárico. Este último caso, la reacción química a presión constante, es de suma importancia, ya que de aquí surge el concepto de Entalpía, el cual se va a desarrollar con muchísima amplitud a lo largo del tema.

A continuación, en los dos siguientes apartados, vamos a estudiar para una reacción la transferencia de calor a volumen constante y la transferencia de calor a presión constante.

Category: Teoría de Termoquímica and Termodinámica Química.

16 Comentarios

  1. De vez en cuando decías “energía libre”, ¿te referías a la interna o se puede llamar también así?

    Alai, 3 Años Antes Reply

    • ¡Hola! Si lo he dicho será que me he despistado un momento. La “energía libre” es la representada por una G o también llamada entalpía libre o energía de Gibbs, y no es lo mismo que esta de la que hablamos aquí, que es la interna. De modo que me debía referir a la interna pero se me ha escapado libre porque es verdaderamente mucho más usada esta última (los vídeos de energía libre están por preparar todavía…). Un saludo.

      Quimitube, 3 Años Antes Reply

  2. Hola yo soy estudiante en la UNC de Cs químicas , estoy en primer año . Sus videos me son muy útiles ,pero al llegar al estado liquido ,solido , propiedades coligativas y coloides ya no hay más videos .Me ayudarian muchisimo si estuvieran . Desde ya muchas gracias por subir todos estos videos .

    Stefanía, 3 Años Antes Reply

    • Hola Stefanía, muchísimas gracias por tu comentario. Todos estos vídeos llegarán más adelante, ya que son de nivel universitario que por ahora no damos. Si quiere me puedes indicar cuál es tu temario, así tendremos una guía de qué contenidos son los que los estudiantes necesitan para la universidad. Un saludo grande.

      QuimiTube, 3 Años Antes Reply

  3. Hola, muchas gracias por subir estos vídeos, son muy útiles. ¿Existe algún vídeo sobre aplicación de la primera ley de la termodinámica a reacciones químicas en lo que se refiere a calor de reacción? ¡me serviría muchísimo!

    María Alejandra, 3 Años Antes Reply

  4. Pienso que en el problema el trabajo tiene signo positivo, no negativo. Muchas gracias por vuestros videos ¡buen trabajo! Le recomiendo a todo el mundo la página.

    Juan José, 2 Años Antes Reply

    • ¡Hola! Es un problema recurrente el tema del signo del trabajo, ya que hay dos criterios distintos. Yo estoy tomando el criterio de la IUPAC. Mil gracias por tu recomendación, cada vez que nos recomendáis nos estáis ayudando muchísimo. Un abrazo grande.

      QuimiTube, 2 Años Antes Reply

  5. Muy buena explicación. Es la primera vez que veo tus video Gracias

    J.ORLANDO LADINO, 1 Año Antes Reply

    • Hola Orlando, muchas gracias por tu comentario. Espero que te sirvan los contenidos. Un saludo.

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  6. Hola, geniales las clases… Me son de mucha utilidad.. Muchas gracias!

    Osmar, 1 Año Antes Reply

    • ¡De nada! Me alegra que te sirvan :) Un saludo grande

      QuimiTube, 1 Año Antes Reply

  7. […] que una reacción exotérmica, que desprende calor al entorno, siempre será espontánea, dado que los sistemas tienden a un mínimo de energía, y en las reacciones exotérmicas los productos tienen menos energía que los reactivos (tal y como […]

    ENTROPÍA Y ESPONTANEIDAD. Trabajo presentado por los grupos Entropía, Japy Ending y Los daltónicos, H-204, 2014-2 | Blog del curso de Química 2 Prof. P. Morales B., 1 Año Antes Reply

  8. Muchimas gracias por lo que haces!! las mejores clases de Termo que he tenido!! GRACIAS☺☺

    Hanael Macia Albero, 9 Mess Antes Reply

  9. Hola, tengo una mega duda.. Qué es lo que tu estudiaste? porque estoy eligiendo mi carrera y me ayudaría saber. Excelentes videos.

    Rosy, 2 Mess Antes Reply

    • Hola Rosy, estudié la licenciatura de química. ¿Qué opciones barajas tú? Un saludo.

      QuimiTube, 1 Mes Antes Reply


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