La termodinámica
La termodinámica ofrece una descripción
macroscópica de las propiedades de un sistema en términos de la presión, el
volumen, la temperatura y la densidad, entre otras, delimitados por los
alrededores inmediatos y que se encuentran relacionados con ciertas
características con respecto a la masa y la energía. Las leyes de la
termodinámica nos permiten estudiar todo tipo de procesos fisicoquímicos a
partir del principio de conservación de la energía y el principio del aumento
de entropía. Las correlaciones entre diferentes parámetros termodinámicos nos
permiten analizar los cambios en los sistemas en términos de la primera y
segunda leyes de la termodinámica y expresarlos en términos de las constantes
de equilibrio de los diferentes procesos.
Primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica establece
que la energía no se puede crear ni destruir, es decir, que corresponde con la
ley de la conservación de la energía. En esta sección analizaremos las
condiciones de cambio de energía del sistema y su medio circundante durante
procesos termodinámicos como la compresión y expansión de un gas. En un sistema
aislado la energía interna U permanece constante. Sin embargo, si dicho sistema
no está aislado se manifiesta una trasferencia de energía con sus alrededores,
que da como resultado que uno de ellos (el sistema o sus alrededores) gane
energía mientras el otro la pierda.
Segunda ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica establece
que la energía se conserva. Sin embargo, podemos pensar en varios procesos
termodinámicos en donde la energía se conserva pero que es imposible que
ocurran. Por ejemplo:
·
Cuando un cuerpo frío y uno caliente se ponen
en contacto no puede ocurrir que el caliente aumente su temperatura y el frío
disminuya su temperatura. No se viola la primera ley, pero es imposible que
ocurra.
·
Se ha encontrado que una cantidad de trabajo
puede convertirse totalmente el calor, pero nunca se ha podido encontrar un
procedimiento que convierta por completo una cantidad de calor en trabajo. La
primera ley no restringe la capacidad de convertir trabajo en calor o calor en
trabajo, solo especifica que la energía debe conservarse durante el proceso.
¿Que determina la segunda ley de la termodinámica?
Determina cuáles de los procesos que cumplen
con la primera ley ocurren espontáneamente, o bien, requieren de energía
adicional para llevarse a cabo.
Tercera ley de la termodinámica
La segunda ley está ligada a una variable termodinámica
denominada entropía (S), y puede expresarse cuantitativamente en términos de
esta variable. En el análisis de muchas reacciones químicas es necesario fijar
un estado de referencia para la entropía En consecuencia, comúnmente se
establece la tercera ley en forma más general, como: “La entropía de cualquier
sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la
temperatura tiende a cero”. La importancia de la tercera ley es evidente.
Suministra una base para el cálculo de las entropías absolutas de las
sustancias, las cuales pueden utilizarse en las ecuaciones apropiadas para
determinar la dirección de las reacciones químicas.
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