Química General

Termoquímica II: Primera Ley de la Termodinámica

Como vimos en el post anterior la energía potencial de un cuerpo se puede convertir en energía cinética y ésta también se puede convertir en energía potencial. También en nuestra vida diaria podemos observar otros tipos de conversión de la energía; por ejemplo, los paneles solares toman la energía proveniente del Sol y la transforman en energía eléctrica, la energía almacenada en nuestros alimentos se transforma en energía de movimiento (o energía cinética) cuando caminamos o realizamos otras actividades cotidianas. Por lo tanto, podemos concluir que la energía solamente se transforma de una forma a otra, lo cual está definido por la primera ley de la termodinámica: La energía se conserva. Es decir, que la energía liberada por un cuerpo o un sistema siempre se transfiere a otro para obedecer esta ley.

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Energía interna

La energía interna de un sistema es la suma de todas las energías presentes en él, por lo tanto es la suma de sus energías potencial y cinética. De forma general, aún no podemos saber  el valor exacto de energía interna de un sistema (E) pero podemos saber el cambio o DE:

DE=Efinal – Einicial

Que se lee como: El cambio de energía interna de un sistema es igual al valor de su energía interna final menos el valor de su energía interna inicial. Si obtenemos un valor positivo de cambio de energía interna se dice que el sistema ganó energía de su entorno por la aplicación de trabajo o calor, por lo contrario, si resulta un valor negativo se dice que el sistema perdió energía o transfirió energía a sus alrededores.

Este cambio de energía interna se calcula o está definido por el calor y el trabajado que le son aplicados:

DE = q + w

Donde q es el calor aplicado y w es el trabajo. Si éstos son aplicados al sistema tienen un valor positivo, de lo contrario si son extraídos del sistema o éste realiza un trabajo sobre el entorno, tienen valores negativos. Por ejemplo, si tenemos un sistema en el cual está ocurriendo un proceso exotérmico, su valor de q tendría un valor negativo, ya que está liberando calor a los alrededores, de forma análoga si tuviésemos un proceso endotérmico el valor de q sería positivo ya que se le aplica o toma calor de los alrededores para poder llevarse a cabo.

Siguiendo y obedeciendo la primera ley de la termodinámica, si el sistema libera energía transfiriéndola a sus alrededores el valor de su energía interna disminuye y la de los alrededores aumenta, por lo tanto el cambio de energía de los alrededores es igual al cambio de energía interna del sistema pero con signo negativo:

DEsistema = – DEalrededores

Por lo tanto, el cambio de energía interna del Universo que contiene a nuestro sistema y a sus alrededores es cero:

DEuniverso = DEsistema  + DEalrededores = 0

De esta manera, podemos redefinir el enunciado de la primera ley de la termodinámica como sigue: El cambio de energía interna del Universo, que es igual a la suma de los cambios de energía interna de los sistemas y sus alrededores, es constante y es siempre igual a cero.

Entalpía

La entalpía es el cambio de energía que ocurre durante una reacción o proceso químico debido al flujo de calor que se presenta a presión constante y al trabajo realizado por la presión y el volumen.

De ahora en adelante, a la entalpía la representaremos con la letra H y se obtiene sumando la energía interna del sistema y la multiplicación de la presión por el volumen.

H = E + PV

Como el cambio de entalpía es la diferencia entre la entalpía inicial y la final, el cambio de entalpía de una reacción química está definida por la diferencia entre la entalpía de los productos menos la entalpía de los reactivos.

DH = H(productos) – H(reactivos)

Los valores de las entalpías de diversos compuestos están dados en tablas en la bibliografía recomendada en las referencias.

Si el cambio de entalpía de una reacción química nos resulta con valor negativo, se dice que la reacción libera calor y por lo tanto es una reacción exotérmica. De lo contrario, si nos resulta un valor positivo, quiere decir que la reacción requiere calor o lo absorbe de los alrededores y por lo tanto se habla de una reacción endotérmica.

Referencias

  1. Brown Theodre L., y cols. Química. La ciencia central. PEARSON Educación, México, 2004. Pág. 56 ISBN 970-26-0468-0
  2. Energía, Termoquímica y Espontaneidad.

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