TERMODINÀMICA TEMA 1 - INTRODUCCIÓ A LA TERMODINÀMICA (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 1º curso
Asignatura Termodinàmica i Cinètica química
Año del apunte 2016
Páginas 4
Fecha de subida 03/05/2016
Descargas 11

Vista previa del texto

TERMODINÀMICA TEMA 3: TERMO I INTRODUCCIÓ La termodinàmica s'ocupa dels canvis d'estat que tenen lloc en els sistemes i l'energia associada a aquests estats. Ens serveix per a quantificar si aquests canvis d'estat han estat molt grans o petits. Aquests estats es poden donar per:   Diferències de calor Diferències de treball En els dos casos es dóna una transferència de calor o treball Es tracta d'una ciència macroscòpica, no té en compte de que està constituïda la matèria.
Sistema termodinàmic: Part macroscòpica de l'univers objecte d'estudi (recipient). L'entorn pot interaccionar amb el sistema depenent del tipus de sistema del que parlem.
   Obert: intercanvi de matèria i energia Tancat: hi ha intercanvi de energia però no de matèria Aïllat: No hi ha intercanvi ni d'energia ni de matèria (té parets aïllants) Trobem diferents tipus de parets dels nostres sistemes: es poden classificar de maneres diferents   ADIABÀTICA: no permet transferència de calor DIATERMA: permet la transferència de calor entre el recipient i l'entorn.
També trobem parets PERMEABLES i IMPERMEABLES (pas de líquids) i trobem parets RÍGIDES i NO RÍGIDES (modificació del volum) Un sistema es caracteritza per:      Composició (c) Volum (V) Pressió (P) Temperatura (T) Energia (E) Aquestes característiques poden ser:   Extensives: depenen de la massa (V,c,E Intensives: no depenen de la quantitat de matèria (T,P,p) 1.- Energia L'energia és relativa, no hi ha valor 0 d'energia. L'energia no només es transfereix com a treball sinó que també es transmet a partir de la calor.
Es tracta d'una propietat del sistema termodinàmic que ens servirà per a quantificar els canvis d'estat del sistema  El fet de que en un sistema s'esdevingui un procés (d'un estat A a un estat B) està associat a un increment d'una propietat, sol tractar-se d'un increment d'energia.
L'energia no és la causa dels canvis, el que causa els canvis són les diferències (en temperatura, energia, pressió...). En aquests canvis es produeixen transferències d'energia en forma de treball o calor.
Tipus d'energia:   Potencial: Energia d'un sistema associat a un camp de forces. Depèn de la posició en un camp de forces (conformació) Cinètica: energia associada al moviment, depèn de la velocitat.
Per exemple: l'energia elèctrica es troba entre les dues, ens trobem en un camp però a la vegada hi ha un moviment dels electrons.
2.- Estats d'equilibri (estat del sistema) Equilibri mecànic: Pas d'un estat d'equilibri a un altre estat d'equilibri on en aquest cas la pressió del sistema es troba en equilibri amb la de l'exterior 𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = 𝑃𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛 Equilibri material: Equilibri on la composició del sistema es igual a la composició de l'entorn [𝑐]𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = [𝑐]𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛 Equilibri tèrmic: El que s'iguala entre sistema i entorn és la temperatura quan es troba en equilibri.
𝑇𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = 𝑇𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛 Si els tres equilibris es compleixen això s'anomena equilibri TERMODINÀMIC amb l'entorn. Un sistema aïllat on les propietats no canvien (T, [c], P=constant) assegurem que es troba en un equilibri termodinàmic.
Si el sistema no està aïllat, en modificar l'entorn es perd l'equilibri fins que arriba a un nou estat d'equilibri.
En aquests casos direm que es troba en un ESTAT ESTACIONARI.
Quan provoquem canvies es canvia l'equilibri. Es passa d'un equilibri a un altre, es tracta d'un equilibri momentani Principi 0 de la termodinàmica: Aquest diu que si tenim un cos B que es troba en equilibri tèrmic amb un cos A i el cos B està a la vegada en equilibri tèrmic amb un cos C, podem assegurar que A i C estan en equilibri tèrmic.
La mesura de la temperatura depèn de la substància que utilitzem per a mesurar-la (dilatació del material).
Tenim dues escales diferents:   Celsius Fahrenheit Les dues són escales relatives, és a dir, no tenen un 0 absolut. L'escala KELVIN, és l'escala absoluta. Aquesta no depèn del gas que utilitzem, té un 0 de temperatura on s'hi arriba experimentalment 0𝐾 = 273º𝐶 Gas Ideal: Les partícules d'aquest gas no interaccionen entre elles, no tenen energia potencial 𝐸𝑝 = 0  Això es compleix per als gasos reals a pressions molt baixes i temperatura ambient.
3.- Llei dels gasos ideals (experimental)  Boyle: A temperatura constant si el volum augmenta la pressió disminueix 𝑉 ↑ −𝑃 ↓ 𝟏 𝑽∝𝑷  Gay-Lussac: Mantenint la pressió constant si la temperatura augmenta el volum també 𝑇 ↑ −𝑉 ↑ Quan el volum s'apropa al valor de 0 la temperatura coincideix en tots els gasos (-273ºC) Es defineixen aquests -273ºC com a 0 absolut de temperatura (0K)  Avogadro: Quan tenim T, P i V iguals assegurem que 𝑛 = 𝑛′ (n=nombre de mols) Si tenim per exemple 𝑂2 i 𝐻2 en T,P i V iguals 𝑛 𝑂2 = 𝑛(𝐻2 ) Ajuntant-ho tot arribem a l'equació d'estat dels gasos ideals: 𝑉∝ 1 𝑇·𝑛 ,𝑉 ∝ 𝑇 ,𝑉 ∝ 𝑛 → 𝑉 ∝ 𝑃 𝑃 𝑉𝑃 ens apareix que 𝑛𝑇 = 𝑅 on R serà una constant que es repeteix per a tots els gasos → constant universal.
 Dalton: En una mescla de gasos tenim una pressió total donada per la suma de la pressió dels dos gasos. 𝑃𝑇 = 𝑃1 + 𝑃2 on 𝑃1 = 𝑛 1 𝑅𝑇 𝑉 La pressió parcial que fa un gas serà la mateixa que faria si estigués sol en el recipient perquè no depèn dels mols de l'altre gas.
𝑛1 + 𝑛2 𝑅𝑇 𝑃𝑇 = 𝑉 𝑛1 La pressió parcial és igual a la pressió total multiplicada per la fracció molar 𝑃1 = 𝑃𝑇 · 𝑋1 = 𝑃𝑇 · 𝑛 𝑇 4.- Gasos reals Els gasos reals són només un model. Un gas real no es comporta com un gas ideal a pressions altes o temperatures molt baixes. Les molècules d'un gas real interaccionen entre elles.
   Forces repulsives a distàncies curtes Forces atractives a distàncies intermèdies Quan R és molt gran, a grans distàncies no hi ha forces d'atracció ni de repulsió (comportament de gas ideal).
En recipients amb pressió molt alta: es produiran moltes més interaccions. Les partícules estan molt juntes i hi ha moltes forces atractives i repulsives.
A temperatures molt baixes Ec és més baixa: Es produeixen més interaccions entre les molècules, més facilitat d'interacció. No es comporta com un gas ideal.
El comportament a nivell experimental → les lleis dels gasos ideals no es compleixen:  Boyle: A temperatura constant la pressió hauria de ser 𝑃 = 𝑘 · 1 𝑉 Si el gas és ideal a l'hora de representar-ho ens apareix una recta, si és real es produeix una desviació a pressions altes 𝑉 𝑟𝑒𝑎𝑙 definim com a factor de compressibilitat 𝑍 = 𝑉 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 .
  El volum ideal es calculem a partir de 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 El volum real el podem mesurar Si és igual a 1 ens trobem amb un GAS IDEAL   Si 𝑍 > 1 → el gas ocupa + volum i dominen forces repulsives Si 𝑍 < 1 → el gas ocupa - volum i dominen forces atractives Quan comprimim molt un gas, el seu comportament real a pressions molt altes fa que es produeixi el canvi d'estat, es produeix un canvi de gas a líquid, el gas es LIQUA.
 En el cas d'un gas ideal aquest no es liqua Anomenem Temperatura critica (Tc) aquella mínima per a que el gas es comporti de manera real. Per sobre d'aquesta tindrem un gas ideal i per sota un gas real, per tant per sota de la Tc podrem liquar el gas.
Equació d'estat Trobar l'equació d'estat d'un gas real és molt difícil. Quan els gasos són reals cada gas es comporta d'una manera diferent, cada gas utilitza una equació determinada, equacions experimentals.
La més generalitzada que trobem és la equació de VAN DER WAALS (1873) 𝑃+ 𝑎 𝑉2 𝑉 − 𝑏 = 𝑛𝑅𝑇 S'ha de corregir la pressió i el volum. a i b depenen de cada gas, són paràmetre empírics, es trobem a base d'experiments.
...

Tags: