Quimica, 11va Edicion - Raymond Chang-FREELIBROS-267

Vista previa del material en texto

6.3 Introducción a la termodinámica 235
rro. Por fortuna, podemos demostrar la validez de la primera ley midiendo sólo el cambio 
de la energía interna de un sistema entre su estado inicial y su estado i nal. El cambio en 
la energía interna DE está dado por
DE 5 Ef 2 Ei
donde Ei y Ef representan la energía interna del sistema en el estado inicial y el estado 
i nal, respectivamente.
La energía interna de un sistema tiene dos componentes: energía cinética y energía 
potencial. El componente de energía cinética consiste en los diversos tipos de movimien-
to molecular y en el movimiento de los electrones dentro de las moléculas. La energía 
potencial está determinada por las fuerzas de atracción entre los electrones y los núcleos, 
por las fuerzas de repulsión que existen entre los electrones y entre los núcleos de molé-
culas individuales, así como por la interacción entre las moléculas. Es imposible medir 
con exactitud todas estas contribuciones, de manera que no podemos calcular con certeza 
la energía total de un sistema. Por otra parte, sí podemos determinar en forma experimen-
tal los cambios de energía.
Considere la reacción entre 1 mol de azufre y 1 mol de oxígeno gaseoso para produ-
cir 1 mol de dióxido de azufre:
En este caso, el sistema se compone de las moléculas de los reactivos S y O2 (estado ini-
cial), así como de las moléculas del producto SO2 (estado i nal). Aunque no conocemos el 
contenido de energía interna de las moléculas de los reactivos ni de las moléculas del 
producto, podemos medir con exactitud el cambio en el contenido de energía DE, dado por
DE 5 E(producto) 2 E(reactivos)
 5 contenido de energía de 1 mol SO2(g) 2 contenido de energía de 
 [1 mol S(s) 1 1 mol O2(g)]
Esta reacción desprende calor. Por lo tanto, la energía del producto es menor que la 
de los reactivos, y DE es negativo.
Si la liberación de calor en la reacción anterior signii ca que una parte de la energía 
química contenida en las moléculas se convierte en energía térmica, concluimos que la 
transferencia de energía desde el sistema a los alrededores no cambia la energía total del 
universo. Es decir, la suma de los cambios de energía debe ser igual a cero:
DEsist 1 DEalred 5 0
o
DEsist 5 2DEalred
donde los subíndices “sist” y “alred” se rei eren al sistema y los alrededores, respectiva-
mente. Así, si un sistema experimenta un cambio de energía DEsist, el resto del universo, 
Figura 6.4 La ganancia de 
energía potencial gravitacional que 
se presenta cuando una persona 
escala de la base a la cima de una 
montaña es independiente de la 
ruta que se tome.
Azufre que se quema en el aire para 
formar SO2.
(S s) 1 O2(g) ¡ SO2(g)