Quimica, 11va Edicion - Raymond Chang-FREELIBROS-266

Vista previa del material en texto

234 CAPÍTULO 6 Termoquímica
6.3 Introducción a la termodinámica
La termoquímica es parte de un amplio tema llamado termodinámica , que es el estudio 
cientíi co de la conversión del calor y otras formas de energía. Las leyes de la termodi-
námica proporcionan guías útiles para entender la energética y la dirección de los proce-
sos. En esta sección analizaremos la primera ley de la termodinámica , que es 
particularmente importante para el estudio de la termoquímica. En el capítulo 17 conti-
nuaremos con el estudio de la termodinámica.
En la termodinámica examinamos los cambios en el estado de un sistema , que se 
dei ne por los valores de todas sus propiedades macroscópicas importantes, por ejemplo, 
composición, energía, temperatura, presión y volumen. Se dice que la energía, la presión, 
el volumen y la temperatura son funciones de estado , es decir, propiedades determinadas 
por el estado del sistema, sin importar cómo se haya alcanzado esa condición. En otras 
palabras, cuando cambia el estado de un sistema, la magnitud del cambio de cualquier 
función de estado depende únicamente del estado inicial y i nal del sistema y no de cómo 
se efectuó dicho cambio.
El estado de cierta cantidad de un gas se especii ca por su volumen, su presión y su 
temperatura. Considere un gas a 2 atm, 300 K y 1 L (estado inicial). Ahora suponga que 
se realiza un proceso a temperatura constante, en donde la presión del gas disminuye a 1 
atm. De acuerdo con la ley de Boyle , su volumen debe haber aumentado a 2 L. Entonces, 
el estado i nal corresponde a 1 atm, 300 K y 2 L. El cambio de volumen (DV) es
 DV 5 Vf 2 Vi
 5 2L 2 1 L
 5 1 L
donde Vi y Vf representan el volumen inicial y i nal, respectivamente. No importa cómo 
llegamos al estado i nal (por ejemplo, la presión del gas puede aumentar al principio y 
luego disminuir a 1 atm), el cambio del volumen es siempre de 1 L. Por lo tanto, el vo-
lumen de un gas es una función de estado. De manera similar podemos demostrar que 
también la presión y la temperatura son funciones de estado.
La energía es otra función de estado. Con la energía potencial como ejemplo, encon-
tramos que el aumento neto de la energía potencial gravitacional , cuando se parte de un 
mismo punto para escalar una montaña, siempre es el mismo, independientemente de la 
forma como se llegue (i gura 6.4).
Primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica , que se basa en la ley de conservación de la energía , 
establece que la energía se puede convertir de una forma a otra, pero no se puede crear 
ni destruir.1 ¿Cómo sabemos que es así? Sería imposible probar la validez de la primera 
ley de la termodinámica si tuviéramos que determinar el contenido total de energía del 
universo. Incluso, sería muy difícil determinar el contenido total de energía de 1 g de hie-
Revisión de conceptos
Clasii que cada uno de los siguientes incisos como sistema abierto, cerrado o aislado.
a) Leche guardada en un termo cerrado.
b) Un estudiante leyendo en su dormitorio.
c) El aire dentro de una pelota de tenis.
Los cambios en las funciones de es-
tado no dependen de la trayectoria 
que los produjo, únicamente del es-
tado inicial y i nal.
La letra griega delta D simboliza cam-
bio. Este símbolo en el texto se rei ere 
a i nal – inicial; es decir, i nal 
“menos”inicial.
Recuerde que un objeto posee energía 
potencial en virtud de su posición o 
composición química.
1 Vea la nota al pie de la página 40 (capítulo 2) para un análisis de la relación entre energía y masa en las 
reacciones químicas.