Química General, 2000 - Victor Manuel Ramírez

UNIDAD 1 La energía, la materia y el cambio
dos tipos de sistemas en termodinámica: abierto y cerrado.
En el sistema abierto se presenta un intercambio de masa y
energía con el exterior; por ejemplo, en el tanque de gasolina
de un automóvil es posible aumentar o disminuir la energía
al llenar o vaciar el tanque. Cuando el sistema está aislado o
cerrado, se puede intercambiar calor con el exterior, pero no
masa; es decir, no cargaríamos con combustible el tanque.
La energía interna es una propiedad de estado que depende
únicamente de los estados inicial y final. Para cambiar
la energía interna de un sistema es necesario calentarlo o
enfriarlo. El calor (q) es una transferencia de energía térmica
que se presenta entre un sistema y sus alrededores. Matemáticamente
se puede expresar con la siguiente ecuación:
Figura 1.47
Caliente
T A >>T B
T A q
Tibio
T q T
C
>T
T B
C
T B
DE 5 E final
2 E inicial
Si DE es positivo, significa que se proporciona o suministra
energía o trabajo, por ejemplo, al añadir calor a un recipiente
con agua, o al dar cuerda a un reloj (por el trabajo que se
realiza al enrollar el resorte del mismo).
q
Si DE es negativo, significa que se desprende energía o trabajo
del sistema; por ejemplo, cuando el agua se enfría o el resorte
se desenrolla.
Hay dos formas de aumentar la energía interna de un sistema
cerrado: calentarlo o efectuar un trabajo sobre él.
Por tanto, cuando suministramos energía haciendo trabajo
(w) sobre el sistema y aplicando calor (q), el cambio total de
energía interna (DE) es:
Frío
Tipos de sistemas termodinámicos: abierto y cerrado (dentro de
éste se ubica el sistema aislado).
Cambio de energía interna 5 energía aplicada por calentamiento + energía aplicada por trabajo.
Matemáticamente:
DE 5 q 1 w
En donde: DE 5 cambio en energía del sistema, desde un estado inicial hasta un
estado final (joules)
q 5 calor (joules)
w 5 trabajo (joules)
En los siglos xvii y xviii, los mundos de la química y la física parecían bien delimitados.
La química era el estudio de los cambios que implicaban alteraciones en la
estructura molecular, mientras que la física estudiaba aquellos que no implicaban
dichas alteraciones.
En la primera parte del siglo xix, mientras Davy se ocupaba en alterar la ordenación
molecular de los compuestos inorgánicos, y Berthelot lo hacía con los compuestos
orgánicos, los físicos estudiaban el flujo de calor.
Al estudio del flujo de calor se le denominó “termodinámica” (“movimiento de calor”);
en ese campo sobresalieron el físico inglés, James Prescott Joule (1818-1889), y
los físicos alemanes, Julius Robert von Mayer (1814-1878) y Herman Ludwig
Ferdinand von Helmholtz (1821-1894).
En la década de 1840, el trabajo de esos investigadores puso en claro que en los cambios
ocurridos por el calor y otras formas de energía, ésta no se destruye ni se crea.
Este principio se llamó “Ley de la conservación de la energía”, o primer principio de
la termodinámica.
Grupo Editorial Patria
29