FISICO
QUIMICA
La fisicoquímica es una rama de la ciencia que estudia y desarrolla los
principios que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas
químicos.
Un sistema químico puede estudiarse desde un punto de vista microscópico
o macroscópico. El punto de vista microscópico se basa en el concepto de
molécula. El punto de vista macroscópico estudia las propiedades de la materia
en gran escala sin utilizar explícitamente el concepto de molécula.
La fisicoquímica es una rama de la ciencia que estudia y desarrolla los principios que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas químicos.
Un sistema químico puede estudiarse desde un punto de vista microscópico o macroscópico. El punto de vista microscópico se basa en el concepto de molécula. El punto de vista macroscópico estudia las propiedades de la materia en gran escala sin utilizar explícitamente el concepto de molécula.
La fisicoquímica es una rama de la ciencia que estudia y desarrolla los
principios que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas
químicos.
Un sistema químico puede estudiarse desde un punto de vista microscópico
o macroscópico. El punto de vista microscópico se basa en el concepto de
molécula. El punto de vista macroscópico estudia las propiedades de la materia
en gran escala sin utilizar explícitamente el concepto de molécula.
¿QUE ES LA TERMODINAMICA?
La
termodinámica estudia el calor y trabajo, y la energía y los cambios que
provocan en los estados de los sistemas. En otras palabras estudia las
relaciones entre propiedades macroscópicas de los sistemas.
Originalmente
la termodinámica surgió para entender de manera teórica el funcionamiento de
las máquinas térmicas –como las de vapor– para hacerlas funcionar mejor, aunque
luego ha ido evolucionando hasta convertirse en algo mucho más amplio de lo que
su principal “padre”, el francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (a la derecha)
hubiera podido soñar. Mientras que al principio lo normal era aplicarla a un
motor o una caldera, hoy en día lo hacemos con una tormenta, el planeta Tierra,
tu cuerpo, un único átomo o el Universo entero como sistema.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Una de
las más importantes y fundamentales leyes de la naturaleza es el principio de
la conservación de la energía. Esta expresa que durante una interacción, la
energía puede cambiar de una forma a otra pero su cantidad total permanece
constante. Es decir la energía no se crea ni se destruye.
SISTEMAS
Un sistema un
sistema se define como la cantidad de materia o una región en el espacio
elegida para su análisis. La masa o región fuera del sistema se conoce
como alrededores. La superficie real o imaginaria
que separa el sistema de sus alrededores se llama frontera. La frontera de un sistema puede
ser fija o móvil.
Los
sistemas se pueden considerar cerrados o abiertos dependiendo si se elige para
estudio una masa fija o un volumen fijo en el espacio. Un sistema
cerrado conocido también como masa de control consta de una cantidad fija
de masa y ninguna otra puede cruzar su frontera, es decir, ninguna masa puede
entrar o salir de un sistema cerrado como se ilustra en la figura. Pero la
energía en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera. Si como caso
especial se prohíbe que la energía cruce la frontera entonces se trata de
un sistema aislado.
Un
sistema abierto o volumen de control, como suele llamarse, es una región
elegida apropiadamente en el espacio. Generalmente encierra un dispositivo que
tiene que ver con flujo másico, como un compresor, turbina o caldera. El flujo
por estos dispositivos se estudia mejor si se selecciona la región dentro del
dispositivo como el volumen de control. Tanto la masa como la energía pueden
cruzar la frontera de un volumen de control.
PROPIEDADES DE UN SISTEMA
A una característica de un sistema se le llama propiedad. Ej: presión,
temperatura, volumen, masa, etc. Las propiedades de un sistema se diferencian
en dos grupos:
1) Propiedades Intensivas Son aquellas que no dependen de la masa del
sistema, como son, temperatura, presión y densidad. Es decir, si pudiéramos
aislar muchas partes del sistema y pudiéramos medir estas propiedades en dichas
partes tendríamos siempre la misma medida. Por ejemplo, si estamos midiendo
densidad no importa si tomamos un poco de masa o mucha porque de todas formas
va a ser la misma densidad en ambos casos ya que esta no depende de la cantidad
de masa a la cual midamos densidad sino de la cantidad que exista de ella en
cierta cantidad de volumen, la cual permanece siempre constante.
2) Propiedades extensivas Son aquellas que dependen de la masa o
extensión del sistema como son la misma masa y el volumen. Si medimos la
propiedad masa de un sistema tendremos que si medimos cierta cantidad de masa
tendremos cierta medida, pero si duplicamos la cantidad de masa tendremos
también el doble en la medición, es decir, la medida de la masa depende de la
cantidad, propiedad extensiva.
Densidad y densidad relativa
La densidad se define como la masa por unidad de volumen
ρ= m/V (Kg/m3)
El reciproco de la densidad es el volumen especifico
v = V/m = 1/ ρ
En los líquidos el volumen varía mucho con la temperatura y poco con la
presión, y lo mismo ocurre con su densidad. Cuando aumenta la temperatura
aumenta el volumen y, si no varía la masa, disminuye el valor de la densidad.
Por ello en las tablas de densidades debe especificarse la temperatura a la que
se determinó cada valor de densidad del líquido. Y si la medimos también hay
que tener en cuenta la temperatura del líquido en el momento de la medición.
Como los gases son muy compresibles, además de la temperatura también ha de
especificarse la presión absoluta a la cual se determinó su densidad.
La mayoría de tablas de densidades de sólidos y líquidos, vienen
expresadas en los manuales en unas unidades mas prácticas que los kg/m3 arriba
mencionados, porque, en los líquidos, con kg/m3 se obtendrían valores muy
grandes.
Por eso suelen encontrarse en múltiplos o submúltiplos de las unidades
fundamentales, cosa que también autoriza el SI. Las tablas usan muchas veces
kg/dm3, y también g/cm3. El valor numérico en ambos casos coincide, porque 1
kg/dm3= 1000g/1000cm3 = 1 g/cm3
En los líquidos y sólidos las densidades se expresan, a veces, a 0ºC, y
otras a 15,6ºC (60ºF), o a 15ºC, o a 20ºC. En los gases suelen darse: en Europa
a 0ºC de temperatura y a 760 mm de columna mercurio de presión absoluta, que
son las denominadas «condiciones normales» en Europa; y en
Estados Unidos a 60ºF y 14,70 psia que son las que ellos llaman
«standard conditions». Nótese que:
(760 mm Hg abs = 101,3 kPa abs = 1,013 bar abs =14,70 psia),
Un concepto
muy distinto al anterior es la «densidad relativa», que se define como «el
cociente entre la densidad de un cuerpo y la de otro que se toma como unidad»,
y yo añado: siempre y cuando ambas densidades se expresen en las mismas
unidades y en iguales condiciones de temperatura y presión.
Peso específico Es el peso de un volumen unitario de una sustancia. Se
simboliza con la letra del alfabeto griego gamma.
ϒ= ρ . g = densidad. Gravedad (N/m³, lbf/ft³)
Gravedad específica o Densidad relativa Es el cociente de la densidad de
una sustancia entre la densidad de alguna sustancia estándar a una temperatura
especificada. En general, la sustancia estándar es agua a 4ºC. Se simboliza con
la letra S mayúscula.
S = ρ_sustancia / ρ_agua a 4ºC = r_sustancia / r_agua a 4ºC
Sustancia pura
Sustancia pura es un material formado por un sólo constituyente, en
oposición a una mezcla. Sustancia pura no significa sustancia químicamente
pura: sustancia pura es la que, en el intervalo de propiedades estudiado, no se
separa en sus componentes. Por ejemplo, en procesos físicos (calentamiento o
enfriamiento, compresión o expansión) a temperatura ambiente o superior, el
aire puede considerase una sustancia pura; pero en procesos químicos
(reacciones de combustión) o a bajas temperaturas (cuando se forma aire líquido
al licuarlo), es necesario considerar el aire como una mezcla de sus
componentes (oxígeno, nitrógeno, etc.).
con la intención de repasar los conceptos vistos y empezar
la introducción a la termodinámica sugerimos ver el
siguiente vídeo:
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