Termodinámica y sus variables
Las variables termodinámicas son las que caracterizan a un sistema termodinámico pueden clasificarse en varias categorías:
*Variables de estado
Son las propiedades macroscópicas, esto es que se refieren
al comportamiento global de un número elevado de partículas, y que
definen el estado del sistema termodinámico. En Termodinámica Clásica
cinco variables de estado fundamentales son el objeto de su interés
tales como la concentración (C), la presión (P), el volumen (V) y la
temperatura (T), la energía interna (U) y la entropía (S). Además de
estas en termodinámicas encontramos variables de estado derivadas de
estas fundamentales como la Entalpía (H), Energía libre de Helmholtz
(A) y Energía libre de Gibbs (G)
Las propiedades microscópicas, esto es las que describen el
comportamiento de las partículas individuales del sistema (moléculas,
átomos, iones, electrones etc…) no son objeto de estudio de la
Termodinámica Clásica
*Variables de transferencia
Una segunda categoría de variables termodinámicas que
aparecen en situaciones que involucran cambios de energía son las
variables de transferencia. Estas variables tienen valor cero a no ser
que ocurra un proceso termodinámico en el cual la energía es
transferida a través de la frontera o límite del sistema. Debido a que
la transferencia a través del límite de un sistema representa un cambio
en el sistema, las variables de transferencia no están asociadas con
un estado del sistema sino con un cambio en el estado del sistema. Por
ejemplo, el calor es una variable de transferencia, para unas
condiciones dadas del sistema no hay un valor definido de calor. Esto es
el calor no es una función de estado. Solo se puede asignar un valor
al calor (Q) si la energía cruza la frontera del sistema como calor,
resultando en un cambio en el sistema. Otra variable de
transferenciatermodinámica es el trabajo (W).
Así mientras las variables de estado son características de
un sistema en estado de equilibrio térmico. Las variables de
transferencia son características de un proceso en la cual la energía es
transferida entre el sistema y su entorno.
*Funciones de estado
Son las variables termodinámicas cuyo valor concreto depende
más que del estado actual del sistema. Si el sistema evoluciona y pasa
de un estado a otro, la variación de una función de estado sólo depende
de los estados iniciales y finales y no de los caminos seguidos para
realizar el cambio. Por ejemplo: la presión, el volumen (V), la
temperatura (T), la energía interna (U), la entalpía (H), la entropía
(S), la energía libre de Gibbs (G), etc…son funciones de estado.
*Las variables termodinámicas se clasifican en:
Extensivas e Intensivas Las variables extensivas dependen de
la cantidad, siendo proporcionales al tamaño del sistema, mientras que
las intensivas no de tal forma que su valor es independiente del tamaño
del sistema. La densidad es un ejemplo de variable intensiva. La
densidad de un cristal de hielo en un iceberg es la misma que la
densidad del iceberg entero. El volumen, por otra parte, es una
variable extensiva. El volumen de un Océano es muy diferente del
volumen de una gota de agua del mar.
Entropía
Para medir el grado de desorden de un sistema, fue definida
la grandeza termodinámica llamada entropía, representada por la letra
S. Cuando mayor el desorden de un sistema, mayor su entropía.
El mínimo de entropía posible corresponde a la situación en
que átomos de una sustancia estarían perfectamente ordenados en una
estructura cristalina perfecta. Esa situación debe ocurrir teóricamente,
a 0 K (cero absoluto). En otras temperaturas, la entropía de una
sustancia debe ser diferente de cero. Cuanto mayor la temperatura de
una sustancia mayor el movimiento de sus partículas mas desorganizada
ella está y por tanto, mayor será su entropía.
La entropía (cal/K.mol) a 25ºC para una misma sustancia, la
entropía en el estado gaseoso es mayor que aquella en el estado
líquido, que, por su vez, es mayor que la del estado sólido.
La variación de entropía en una transformación, depende
apenas de los estados inicial y final del sistema, independientemente
de cómo los reactivos se transforman en productos, esto es, del
mecanismo de reacción.
Capacidad calorífica La capacidad calorífica de un cuerpo, es la cantidad de calor, Q, que dicho cuerpo absorbe cuando su temperatura
aumenta un grado (o la que cede al disminuir su temperatura un grado).
Si un cuerpo pasa de una temperatura T1 a otra T2, intercambiando para
ello una cantidad de calor Q, se tiene:
Y por lo tanto se tiene también:
Calor especifico
Cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de
1gr. de una sustancia en un grado.(magnitud intensiva). Esta magnitud
medida a presión constante se la representa como “Cp”; mientras que
medida a volumen constante, toma otro valor y se le representa como
“Cv”. Nosotros lo mediremos a presión atmosférica, considerada
constante, por lo que le llamaremos Cp.
