VOCABULARIO

1.    EBULLICIÓN: Es el proceso físico en el que un líquido se convierte en gas o vapor.

2.    PUNTO DE EBULLICIÓN: Es la temperatura en que la presión de vapor de equilibrio del líquido se iguala con la presión externa. Si la presión externa es de 1 atmósfera se habla de punto de ebullición normal del líquido. Durante la ebullición la temperatura permanece constante hasta que desaparece el último vestigio del líquido.

3.    LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, de manera que la energía permanece constante en el Universo.

4.    TRABAJO: El trabajo en sí no es una energía, sino la forma por la cual se modifica o se transfiere energía de un medio a otro. Sin embargo, la energía y el trabajo se miden en la misma unidad.

5.    CALOR: Es una forma de energía. El calor en sí no es una energía, sino el proceso por el cual se modifica o se transfiere energía de un medio a otro. La energía siempre se transfiere de un cuerpo caliente hacia uno más frío.

6.    EN EL CASO DE LA MÁQUINA DE VAPOR: El calor no es una energía que se acumula en el vapor, simplemente corresponde al proceso de transferencia de energía térmica entre dos cuerpos.

     7.    CALOR ABSORBIDO: Cuando un cuerpo gana energía.

     8.    CALOR LIBERADO: Cuando el cuerpo pierde energía.

9.    CAPACIDAD CALORÍFICA: La capacidad calorífica de una sustancia se refiere a la cantidad de flujo de calor necesario para elevar la temperatura en un grado Celsius. Mientras mayor sea la masa de la sustancia, se requiere más calor para producir el calentamiento.  Normalmente la capacidad calorífica se expresa por mol o por gramo de sustancia. Cuando se expresa por gramo de sustancia se le denomina CALOR ESPECÍFICO y si se expresa por mol, se llama CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR.

10. UNIDADES DE ENERGÍA: La unidad más conocida es la CALORÍA (Cal). Corresponde a la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de i gramo de agua en 1°C. Esta es una cantidad muy pequeña de energía, por lo que es común utilizar la Kilocaloría (Kcal).

1 Kcal = 1000 cal.

1 j = 1 Kg m² / s²

En reacciones Químicas es común el Kilo joule (Kj).

La equivalencia con las calorías es: 1 cal = 4,184 j. o bien 1Kcal= 4,184 Kj.

La unidad JOULE es preferida en las ciencias porque se puede derivar directamente de unidades que se emplean para expresar la energía cinética y potencial.

11. ENERGÍA INTERNA: Cada vez que se calienta un objeto, la energía recibida se acumula en el material del que está compuesto.

Cualquiera sea el sistema en estudio, se trata de un medio formado por átomos, iones o moléculas. A la suma de las energías individuales (cinéticas y potenciales) de todas las partículas, sean estas moléculas, átomos o iones, se le denomina energía interna.

A la energía interna contribuyen diversas formas de energía, que se pueden resumir en energía de traslación, rotación, vibración, electrónica, interacciones moleculares y energía nuclear. Cuando se calienta agua, por el efecto de un aumento de la temperatura, las moléculas se trasladan de un punto a otro, rotan y vibran con mayor intensidad. Por otro lado con el aumento de la temperatura disminuyen las interacciones moleculares. Mientras mayor sea la masa de lo que se está calentando, se debe suministrar más energía. Por lo tanto, la energía interna depende de  la TEMPERATURA y de la MASA del material.  La energía interna es una función de estado.

12. TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: La variación de energía interna puede aumentar o disminuir según sea el tipo de transferencia que se realice.

Cada vez que un sistema absorbe energía (aumento de la variación de  energía interna), significa que desde el exterior (entorno) se transfirió calor en la forma de flujo térmico o se hizo un trabajo sobre el sistema.

Específicamente a los procesos de flujo térmico en que el sistema absorbe calor se le denomina procesos ENDOTÉRMICOS. 

Aquellos en que se libera calor, se les llama procesos EXOTÉRMICOS.

13. ENTALPÍA (H) La mayor parte de los procesos donde hay transferencias de calor ocurren en sistemas abiertos en contacto con la atmósfera, la cual mantiene su presión constante. Así sucede en las plantas, los animales y en el laboratorio.

El flujo de calor a presión constante, se le denomina cambio o variación de entalpía y se designa por ∆H.

Dado que la mayor parte de las reacciones químicas se efectúan a presión constante, es normal llamar a la entalpía como calor del proceso.

14. PROPIEDADES DE TRAYECTORIA: Las variaciones de energía interna o de entalpía dependen del estado inicial y final del proceso, es decir, son funciones de estado. El calor y el trabajo, como están ligados a procesos, dependen de la trayectoria o del camino realizado para ir de un estado al otro. Podría ocurrir que con diferentes transferencias de calor o diferentes magnitudes de trabajo efectuado, el sistema gane o pierda la misma cantidad de energía interna. El trabajo y el calor no son propiedades de estado, son propiedades de trayectoria.

15. TERMOQUÍMICA: Es un área de la termodinámica que estudia los cambios térmicos relacionados con procesos químicos y cambios en el estado de agregación.  La manera tradicional de representar un proceso termoquímico es mediante una ecuación termoquímica balanceada, que indica el estado de agregación de las sustancias participantes y su correspondiente variación de entalpía. Así, por ejemplo, la evaporación del agua se puede expresar:

H₂O _(L)  →  H₂O _(G)     ∆H° = 44, 0 Kj.

16. ESTADO DE AGREGACIÓN: En termodinámica y química, se denomina fase a cada una de las partes macroscópicas de composición química y propiedades físicas homogéneas que forman el sistema. Es interesante distinguir entre fase y estado de agregación de la materia, por ejemplo, el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbono, son por lo tanto fases distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado de agregación (sólido).

17. FASES DE LAS SUSTANCIAS: La fase física se indica en un paréntesis junto a cada fórmula, siendo (g) para gases, (l) para líquido, (s) para sólido y (ac) cuando la especie química está disuelta en agua.

18. PROCESO ADIABÁTICO: Es un cambio que ocurre en el interior de un sistema, sin intercambiar calor con el medio externo (H=0). Si el sistema está rodeado de una pared adiabática, esta impide el flujo de calor, tanto hacia fuera como hacia adentro-

19. PARED ADIABÁTICA: Pared aislante de un sistema, que impide el flujo térmico.

20. La ecuación H₂O _(L)  →  H₂O _(G)     ∆H° = 44, 0 Kj. Incluye la variación de entalpía de un mol de agua a 25°C a la presión de una atmósfera.

¿Qué tipos de interacciones moleculares existen en el agua líquida que expliquen la variación de entalpía?

Cuando una transformación se realiza a otra temperatura, ∆H° varía poco. Por ejemplo, el mismo proceso requiere 40 Kj a 100°C (temperatura de ebullición del agua).

La ∆H depende de la cantidad de agua disponible. Si tuviéramos 5 moles de agua se necesitaría 5 x 44 Kj de energía térmica

El proceso contrario a la evaporación es la condensación del agua. A 25°C la ecuación debe ser:   H₂O _(G)     →   H₂O _(L)    ∆H° = −44, 0 Kj. En este caso se trata de un proceso exotérmico, es decir, el agua libera energía térmica.

20. CALORIMETRÍA: Tanto en las reacciones químicas como en los cambios de fases se observan transferencia de calor. Por ejemplo, en la combustión de carbón o madera claramente se detecta liberación de energía que se manifiesta mediante la elevación de la temperatura.

Experimentalmente se puede medir la cantidad de calor absorbido o liberado mediante el uso de un CALORÍMETRO, dispositivo cerrado que normalmente funciona de manera adiabática. (Una aproximación a un calorímetro es un termo o un vaso rodeado de material aislante).

21. ENERGÍA DE ENLACE: ¿Por qué en una reacción química se produce absorción o liberación de energía? ¿Sabes cuál es el origen del calor en reacciones químicas? 

Ya sabes que una reacción química consiste en la transformación de reactantes en productos. Durante la reacción se rompen y se forman nuevos enlaces. La energía que mantiene un enlace entre dos átomos gaseosos se denomina energía de enlace (E_E) y siempre es positiva.

22. LEY DE HESS: El cambio de entalpía es el mismo si el proceso se da en una etapa o en varias etapas.

23. PROPIEDAD DE ESTADO: Propiedad termodinámica independiente de la trayectoria.

24. PROCESO ESPONTÁNEO: Es un proceso que ocurre de manera natural en una determinada dirección. Puede ocurrir lenta o rápidamente.

25. ESPONTANEIDAD Y REVERSIBILIDAD

Considera en la siguiente descripción que la presión atmosférica se mantiene en una atmósfera. Cuando en un vaso tienes agua y la colocas en un medio donde la temperatura es menor que 0°C, el agua se convierte en hielo. Si colocas el vaso con hielo en un lugar donde la temperatura es mayor que 0°C, en poco tiempo el hielo se funde y se convierte en agua.

Los dos cambios anteriores se producen en la medida que la temperatura externa se modifique. Una forma de describir la dirección de un proceso determinado es señalar si el proceso es espontáneo o no.

La congelación del agua es espontánea a temperaturas inferiores a 0°C y, por cierto, es no espontáneo a una temperatura mayor que 0°C.

La fusión del hielo es espontánea a una temperatura mayor que 0°C y no espontánea a una temperatura bajo 0°C. ¿Cuál de estos procesos es endotérmico y cuál exotérmico?

En los casos descritos, los cambios dependen fuertemente de la temperatura en que se encuentra el sistema. Esta aparente reversibilidad no sería posible a cualquier temperatura.

Si los cambios anteriores ocurren sobre y bajo 0°C, ¿Qué sucede específicamente cuando la presión es de una atmósfera y la temperatura está fija  en 0°C? A esta temperatura las dos fases se inter convierten con la misma rapidez,  es decir:  

Rapidez de congelación = Rapidez de fusión

En otras palabras, no hay preferencia o espontaneidad en ninguna  dirección en particular. En esta situación el sistema está en equilibrio y se trata de un proceso reversible.

26. REACTIVIDAD: Es la capacidad de un átomo, o conjunto de átomos (moléculas, iones o radicales), para combinarse químicamente con otros.

27. REACTIVIDAD: ¿POR QUÉ OCURREN LOS PROCESOS?

Los procesos que ocurren en una determinada dirección son espontáneos o irreversibles. Sin embargo, con esto no explicamos por qué suceden. El principio básico de una reacción química es la formación de una sustancia diferente a los reactantes. En forma genérica se habla de reactividad para describir la capacidad que tienen los reactantes para transformarse en productos.

Se ha observado que en una gran cantidad de procesos exotérmicos, como la combustión del gas natural, está favorecida la formación de los productos.

En principio alguien podría establecer que “todos los procesos exotérmicos son espontáneos”. Sin embargo, tú conoces lo que es la evaporación de un líquido. La evaporación ocurre espontáneamente a una determinada temperatura, pero es endotérmica, o sea, necesita energía para que ocurra.

De modo que el conocimiento de la variación de entalpía de un proceso cuenta de la energía absorbida o liberada, pero no es un buen índice para predecir la espontaneidad. Es necesario que exista otra función termodinámica que dé cuenta de la espontaneidad de un proceso.

28. PROCESO IRREVERSIBLE O ESPONTÁNEO:

Cada vez que el calor fluye de un cuerpo caliente a uno más frío, la energía total no cambia pero la entropía total aumenta.

29. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA:

En un proceso espontáneo la entropía aumenta y en procesos de equilibrio se mantiene constante.

30. TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

La entropía de una sustancia cristalina perfecta es cero en el cero absoluto de temperatura. (Esta ley otorga a las sustancias valores absolutos de la entropía a una temperatura dada).

31. DIFERENCIA ENTRE ∆G y  ∆G°

∆G representa el cambio de energía libre a cualquier temperatura y presión.  ∆G°es el cambio de energía libre estándar a la presión de una atmósfera y a una determinada temperatura.

32. LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS(G):

Se define por G=H-TS

∆G es la energía realmente disponible para realizar un trabajo.

33. PROCESO IRREVERSIBLE:

Proceso natural y real que ocurre solo en una dirección dada.

34. PROCESO REVERSIBLE:

Proceso que puede ir y regresar de un estado a otro siguiendo el mismo camino.