La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico. Constituye una teoría fenomenológica que estudia sistemas reales a partir de razonamientos deductivos, sin modelizar y siguiendo un método experimental.1​ Los estados de equilibrio se estudian y definen por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema,2​ o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes, tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también se pueden tratar por medio de la termodinámica.3​ La termodinámica trata los procesos de transferencia de calor, que es una de las formas de energía, y cómo se puede realizar un trabajo con ella. En esta área se describe cómo la materia en cualquiera de sus fases (sólido, líquido, gaseoso) va transformándose. Desde un punto de vista macroscópico de la materia, se estudia cómo esta reacciona a cambios en su volumen, presión y temperatura, entre otras magnitudes. La termodinámica se basa en cuatro principios fundamentales: el equilibrio termodinámico (o principio cero), el principio de conservación de la energía (primer principio), el aumento de la entropía con el tiempo (segundo principio) y la imposibilidad del cero absoluto (tercer principio).4​ Una consecuencia de la termodinámica es lo que hoy se conoce como física estadística. Esta rama estudia, al igual que la termodinámica, los procesos de transferencia de calor, pero, al contrario a la anterior, desde un punto de vista molecular. La materia, como se conoce, está compuesta por moléculas, pero intentar deducir y extrapolar el comportamiento de una sola de sus moléculas al conjunto de todas ellas nos llevaría a medidas erróneas. Por eso se debe tratar como un conjunto de elementos aleatorios y utilizar el lenguaje estadístico y consideraciones mecánicas para describir el comportamiento macroscópico resultante de este conjunto molecular microscópico.5​ La termodinámica ofrece un aparato formal aplicable únicamente a estados de equilibrio,6​ definidos como aquel estado hacia «el que todo sistema tiende a evolucionar y caracterizado porque en el mismo todas las propiedades del sistema quedan determinadas por factores intrínsecos y no por influencias externas previamente aplicadas».2​ Tales estados terminales de equilibrio son, por definición, independientes del tiempo, y todo el aparato formal de la termodinámica —todas las leyes y variables termodinámicas— se definen de tal modo que se podría decir que un sistema está en equilibrio si sus propiedades se pueden describir consistentemente empleando la teoría termodinámica.2​ Los estados de equilibrio son necesariamente coherentes con los contornos del sistema y las restricciones a las que esté sometido. Por medio de los cambios producidos en estas

1. Colegio Andrés Bello
Chiguayante
Jorge Pacheco R.
Profesor de Biología y Química
UNIDAD I: TERMOQUÍMICA
Capítulo 1: FUNDAMENTOS
DE LA TERMOQUÍMICA

2. TERMOQUÍMICA
APRENDIZAJES ESPERADOS:
• Relacionan reacciones químicas con
intercambios de energía.
• Reconocen el primer principio de la
termodinámica como un caso
particular del principio de la
conservación de la energía.
• Aplican el concepto de la entalpía a
situaciones de la vida cotidiana.

3. PREGUNTAS PREVIAS
• ¿Qué es la Energía?
• Del griego energeia: actividad,
operación; energos: fuerza de acción o
fuerza trabajando.
• La energía es una magnitud física que
asociamos con la capacidad que tienen
los cuerpos para producir trabajo
mecánico, emitir luz, generar calor, etc.

4. PREGUNTAS PREVIAS
• ¿Qué tipos de energía conoces?
• Energía Potencial.
• Energía Cinética.
• Energía Química.
• Energía Eléctrica.
• Energía Térmica.
• Energía Magnética.
• Energía Nuclear
• Energía Radiante.

5. PREGUNTAS PREVIAS
• ¿Calor y Temperatura, son lo mismo?
• Calor corresponde a la transferencia
de energía entre cuerpos o diferentes
zonas de un mismo cuerpo que se
encuentran a distintas temperaturas.
• Temperatura es una medida de la
energía cinética de las moléculas de
un sistema.

6. FUNDAMENTOS DE LA
TERMODINÁMICA

7. TERMOQUÍMICA
• Corresponde al área de la
química que estudia las
transferencias de calor
asociadas a las reacciones
químicas.

8. TERMOQUÍMICA

9. SISTEMA
• El sistema es lo que se desea estudiar, mientras que el
entorno es la zona en la que se produce algún intercambio
con el sistema.
• Aquella separación real entre el sistema y el entorno se
denominan límites o paredes del sistema, mientras que el
conjunto de sistema y entorno se denomina universo.
UNIVERSO
SISTEMA + AMBIENTE = UNIVERSO

10. SISTEMA ABIERTO
• Sistema que intercambian materia y energía con el
entorno.

11. SISTEMA CERRADO
• Sistema que intercambian energía pero no materia
con el entorno.

12. SISTEMA AISLADO
• Sistema en donde no existe intercambio de energía y
materia con el entorno.

13. CLASIFICACIÓN
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
CERRADO

14. CLASIFICACIÓN
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
ABIERTO

15. CLASIFICACIÓN
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
ABIERTO

16. CLASIFICACIÓN
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA AISLADO
UNIVERSO

17. CLASIFICACIÓN
• ¿Qué tipo de sistema es lo que representa la siguiente
imagen?
SISTEMA
ABIERTO

18. • Las variables termodinámicas se clasifican en dos
grandes grupos:
A) Variable Extensiva: Son aquellas variables que
dependen de la cantidad de materia, y su valor no
se puede definir en cualquier punto del sistema.
B) Variable Intensiva: Son aquellas variables que no
dependen de la cantidad de materia y su valor se
puede determinar en cualquier punto del sistema.
Ejemplo: Masa y Volumen.
Ejemplo: Densidad y Temperatura.
VARIABLES TERMODINÁMICAS

19. VARIABLES TERMODINÁMICAS
• Para describir el estado de un
sistema termodinámico se emplea
una serie de magnitudes
macroscópicas observables y
medibles llamada variables de
estado, como: presión, volumen,
temperatura, masa o número de
mol.

20. Categoría Variables Símbolo
Mecánica Presión y
Volumen
P y V
Térmica Temperatura T
Material Composición
química
Xn (Fracción
Molar)
VARIABLES TERMODINÁMICAS

21. VARIABLES TERMODINÁMICAS

22. FUNCIONES DE ESTADO
• Entre las variables termodinámicas
existen magnitudes llamadas funciones de
estado. Estas tienen un valor definido y
único que depende solo del estado inicial
y final del sistema.
∆X = X final – X inicial

23. A) Isotérmico: Proceso que se lleva a
cabo a temperatura constante.
B) Isobárico: Proceso que se lleva a
cabo a presión constante.
TIPOS DE PROCESOS
C) Adiabático: Proceso en el cual no hay
transferencia de calor pero sí
intercambio de trabajo entre el sistema
y el entorno.

24. PRIMER PRINCIPIO DE LA
TERMODINÁMICA

25. ENERGÍA INTERNA (U)
• Corresponde a la totalidad
de la energía cinética y
potencial de las partículas
de un sistema.
• Es una función de estado.
• Es una variable extensiva.

26. CALOR (Q)
• Se denomina calor (Q) a la
transferencia de energía que se
produce de un sistema a otro como
consecuencia de una diferencia de
temperatura.
• El calor fluye desde el cuerpo de
mayor temperatura al de menor
temperatura hasta que ambos se
igualan (equilibrio térmico).
• No es función de estado.

27. CALOR (Q)

28. CALOR (Q)
0
Q 
0
Q 


El sistema recibe calor
El sistema pierde calor

29. TRABAJO (W)
• Se define como le energía que se
transfiere entre un sistema y su
entorno cuando entre ambos se ejerce
una fuerza.
• Matemáticamente se define como el
producto de la fuerza (F) aplicada
sobre un cuerpo y la distancia (d) que
este recorre.
W = F x d
• No es función de estado.

30. TRABAJO (W)


El sistema realiza trabajo sobre el entorno
El entorno realiza trabajo sobre el sistema
W <0
W >0

31. SISTEMA
Q > 0
W > 0
W < 0
Q < 0
ENERGÍA INTERNA
El trabajo se
realiza contra
el ambiente
El trabajo se
realiza sobre
el sistema
El sistema
libera calor
El sistema
abosrbe calor

32. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA
• Principio de la conservación de la
energía, el cual establece que: “la
energía en el universo permanece
constante”. Esto quiere decir que la
energía solo se transfiere entre el
sistema y su entorno.
∆U = U sistema + U ambiente

33. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA
• El primer principio de la
termodinámica se puede enunciar
como: la variación de la energía
interna de un sistema es igual al
calor absorbido más el trabajo
externo realizado por el sistema.
∆U = Q + W

34. EJEMPLO
• Determina la variación de energía interna para
un sistema que ha absorbido 2990 joule y
realiza un trabajo de 4000 joule sobre su
entorno.
Según convenio de signos:
Q= 2990 J y W= - 4000 J
∆U = Q + W
∆U = 2990 J + (- 4000 J)
∆U = - 1010 J
Respuesta = El sistema ha disminuido su
energía interna en 1010 J.

35. EJERCICIO
• El trabajo realizado cuando se comprime un gas
en un cilindro, es de 462 J. durante este
proceso hay una transferencia de calor de 128 J
del gas hacia los alrededores. Determina el
cambio de energía para el proceso
Según convenio de signos:
Q= - 128 J y W= 462 J
∆U = Q + W
∆U = - 128 J + 462 J
∆U = 334 J
Respuesta = Como resultado de la compresión y
transferencia de calor, la energía interna del gas aumenta

36. ACTIVIDAD: RESPONDE
1. ¿Qué es un sistema termodinámico? Menciona dos
ejemplos para cada tipo de sistemas, es decir, abierto,
cerrado y aislado.
2. ¿Cuáles son las principales características de los sistemas
abierto, cerrado y aislado?
3. ¿Qué diferencia existen entre las variables intensivas y
extensivas?
4. ¿Cuáles de los siguientes conceptos: presión,
temperatura, volumen, trabajo, energía y calor, son
funciones de estado? justifica tu respuesta.
5. ¿Qué es la energía? Menciona dos ejemplos de aplicación
cotidiana, es decir, ejemplos de uso de energía.
6. ¿Qué es una función de estado?

37. EJERCICIOS
1. Un gas se expande y realiza un trabajo
sobre los alrededores igual a 325 J. Al
mismo tiempo, absorbe 127 J de calor de su
alrededor. Determina el cambio de energía
del gas.
2. El trabajo realizado para comprimir un gas
es de 74J. Como resultado, libera 26 J de
calor hacia los alrededores. Determina el
cambio de energía del gas.

38. Muchas Gracias
Colegio Andrés Bello
Chiguayante