1. Termodinámica.<br />La termodinámica. Es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.[3] Los cambios estudiados son los de temperatura, presión y volumen, aunque también estudia cambios en otras magnitudes, tales como la imanación, el potencial químico, la fuerza electromotriz y el estudio de los medios continuos en general. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo especificaremos que calor significa quot;
energía en tránsitoquot;
y dinámica se refiere al quot;
movimientoquot;
, por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.<br />Principio cero de la termodinámica<br />Este principio establece que existe una determinada propiedad, denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. Tiene tremenda importancia experimental — pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema — pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.<br />El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x , y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro de la físico química y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.<br />Este principio fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.<br /> Primera ley de la termodinámica<br />También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica — en realidad el primer principio dice más que una ley de conservación—, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.<br />La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:<br />Eentra − Esale = ΔEsistema<br />Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:<br />ΔU = Q − W<br />Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.<br />ilustración de la segunda ley mediante una máquina térmica<br />Segunda ley de la termodinámica<br />Esta ley arrebata la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.<br />Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico.<br />La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.<br />Existen numerosos enunciados equivalentes para definir este principio, destacándose el de Clausius y el de Kelvin.<br /> Enunciado de Clausius<br />Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y el volumen.<br />En palabras de Sears es: quot;
No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevadaquot;
.<br /> Enunciado de Kelvin<br />No existe ningún dispositivo que, operando por ciclos, absorba calor de una única fuente (E.absorbida), y lo convierta íntegramente en trabajo (E.útil).<br /> Enunciado de Kelvin - Planck<br />Es imposible construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito, y la realización de una cantidad igual de trabajo.<br /> Otra interpretación<br />Es imposible construir una máquina térmica cíclica que transforme calor en trabajo sin aumentar la energía termodinámica del ambiente. Debido a esto podemos concluir, que el rendimiento energético de una máquina térmica cíclica que convierte calor en trabajo, siempre será menor a la unidad, y ésta estará más próxima a la unidad, cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor sea el rendimiento energético de una máquina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.<br /> Tercera ley de la termodinámica<br />La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”.<br />Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica.<br />Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por las ciencias.<br />ENTROPIA:<br />La entropía es el segundo principio de la termodinámica que puede definirse esquemáticamente como el quot;
progreso para la destrucciónquot;
o quot;
desorden inherente a un sistema. <br />La entropía significa, expresado en términos vulgares, que todo va para peor o, lo que es lo mismo, que todo empeora o se arruina irremisiblemente. <br />Átomo.<br />Es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.<br />CALOR:<br />es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.<br />DENSIDAD:<br />la densidad de una sustancia, simbolizada habitualmente por la letra griega ro (), es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.<br />DENSIDAD RELATIVA:<br />La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)<br />donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad de la sustancia, y ρ0 es la densidad de referencia o absoluta.<br />ECUACION DE ESTADO:<br />una ecuación de estado es una ecuación constitutiva para sistemas hidrostáticos que describe el estado de agregación de la materia como una relación matemática entre la temperatura, la presión, el volumen, la densidad, la energía interna y posiblemente otras funciones de estado asociadas con la materia.<br />FASE:<br />se denomina fase a cada una de las partes macroscópicas de una composición química y propiedades físicas homogéneas que forman un sistema. Los sistemas monofásicos se denominan homogéneos, y los que están formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogéneos.<br />MASA:<br />es la medida de la inercia, que únicamente para algunos casos puede entenderse como la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad vectorial que representa una fuerza.<br />MOLECULA:<br />se llama moléculas a las partículas neutras formadas por un conjunto estable de al menos dos átomos enlazados covalentemente. [1] [2] No es posible exagerar la importancia del concepto de molécula para la química ordinaria, especialmente para la química de la vida.<br />NUMERO DE AVOGADRO:<br />es el número de entidades elementales (normalmente átomos o moléculas) que hay en un mol, esto es (a partir de la definición de mol), el número de átomos de carbono contenidos en 12 gramos de carbono-12.[2] [3] Originalmente se llamó número de Avogadro. En 2006, la CODATA recomendó este valor de:[1]<br />PESO:<br />el peso de un cuerpo es una magnitud vectorial, el cual se define como la fuerza con la cual un cuerpo actúa sobre un punto de apoyo, a causa de la atracción de este cuerpo por la fuerza de la gravedad.<br />La situación más corriente, es la del peso de los cuerpos en las proximidades de la superficie de un planeta como la Tierra, o de un satélite. El peso de un cuerpo depende de la intensidad del campo gravitatorio y de la masa del cuerpo. En el Sistema Internacional de Magnitudes se establece que el peso, cuando el sistema de referencia es la Tierra, comprende no solo la fuerza gravitatoria local, sino también la fuerza centrífuga local debida a la rotación; por el contrario, el empuje atmosférico no se incluye.[1]<br />En las proximidades de la Tierra, todos los objetos materiales son atraídos por el campo gravitatorio terrestre, estando sometidos a una fuerza (peso en el caso de que estén sobre un punto de apoyo) que les imprime un movimiento acelerado, a menos que otras fuerzas actúen sobre el cuerpo.<br />PESO ATOMICO:<br />El peso atómico (símbolo: Ar) es una cantidad física adimensional, es la razón de las masas promedio de los átomos de un elemento (de un origen dado) a 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12.[1] [2] El término es utilizado generalmente sin mayor calificación para referirse al peso atómico estándar, publicado a intervalos regulares por la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)[3] [4] y se pretende que sean aplicables a materiales de laboratorios normales. Estos pesos atómicos estándar están reimpresos en una amplia variedad de libros de texto, catálogos comerciales, pósters, etc. La expresión quot;
masa atómica relativaquot;
también puede ser utilizada para describir esta cantidad física, y en consecuencia el uso continuado del término quot;
peso atómicoquot;
ha atraído una controversia considerable desde por lo menos la década de 1960[5] (ver a continuación).<br />Los pesos atómicos, a diferencia de las masas atómicas (las masas de los átomos individuales) no son constantes físicas y varían de muestra a muestra. Sin embargo, son suficientemente constantes en muestras quot;
normalesquot;
para ser de importancia fundamental en química.<br />PESO ESPECIFICO:<br />El peso específico de una sustancia se define como su peso por unidad de volumen. Como aclararemos en otro apartado, esta definición es considerada hoy día como obsoleta y reprobable, siendo su denominación correcta la de densidad de peso.<br />Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen que éste ocupa.<br />Donde:<br />= peso específico <br />= es el peso de la sustancia <br />= es el volumen que la sustancia ocupa <br />= es la densidad de la sustancia <br />= es la aceleración de la gravedad <br />PRESION:<br />la presión es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. (SI) la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.<br />PRESION DE VAPOR:<br />es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. Este fenómeno también lo presentan los sólidos; cuando un sólido pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido (proceso denominado sublimación o el proceso inverso llamado deposicitación o sublimación inversa) también hablamos de presión de vapor. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado. Esta propiedad posee una relación directamente proporcional con las fuerzas de atracción intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el módulo de las mismas, mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestación) para vencerlas y producir el cambio de estado.<br />PRESION MANOMETRICA:<br />Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presión es superior a la presión atmosférica.<br />Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica.<br />Los aparatos utilizados para medir la presión manométrica reciben el nombre de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides. La presión manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío o vacuómetros.<br />PRESION BAROMETRICA:<br />Es la presión ejercida por la atmósfera de la tierra en un punto dado, equivalente a la presión ejercida por una columna de mercurio. También llamada presión atmosférica.<br />PRESION ABSOLUTA:<br />la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).<br />PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS:<br />las propiedades intensivas son las que no dependen de la cantidad de sustancia del sistema, por este motivo no son propiedades aditivas. En otras palabras, las propiedades intensivas no dependen de la masa. Por el contrario, las propiedades extensivas son las que sí dependen de la cantidad de sustancia del sistema.<br />[editar] Propiedades intensivas<br />Algunos ejemplos de propiedades intensivas son la temperatura, la velocidad, el volumen específico (volumen ocupado por la unidad de masa), el punto de ebullición, el punto de fusión, la densidad, viscosidad, concentración, solubilidad, una magnitud escalar, una magnitud vectorial, etc.<br />Si se tiene un litro de agua, su punto de ebullición es 100 °C (a 1 atmósfera de presión). Si se agrega otro litro de agua, el nuevo sistema, formado por dos litros de agua, tiene el mismo punto de ebullición que el sistema original. Esto ilustra la no aditividad de las propiedades intensivas.<br />Las propiedades intensivas se dividen en dos:<br />Propiedad Característica: permite identificar las sustancias con un valor. Ej.: Punto de ebullición, calor específico. <br />Propiedad General: común a diferentes sustancias. <br />[editar] Propiedades extensivas<br />Son las que dependen de la cantidad de sustancias del sistema, y son recíprocamente equivalentes a las intensivas. Algunos ejemplos de propiedades extensivas son la masa, el volumen, el peso, cantidad de sustancia, etc.<br />Obtenido de quot;
http://es.wikipedia.org/wiki/Propiedades_intensivas_y_extensivasquot;
<br />SISTEMA:<br />Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema estrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale y/o entra materia, recibe el nombre de abierto. Ponemos unos ejemplos:<br />Un sistema abierto: es cuando existe un intercambio de masa y de energía con los alrededores; es por ejemplo, un coche. Le echamos combustible y él desprende diferentes gases y calor. <br />Un sistema cerrado: es cuando no existe un intercambio de masa con el medio circundante, sólo se puede dar un intercambio de energía; un reloj de cuerda, no introducimos ni sacamos materia de él. Solo precisa un aporte de energía que emplea para medir el tiempo. <br />Un sistema aislado:es cuando no existe el intercambio ni de masa y energía con los alrededores; ¿Cómo encontrarlo si no podemos interactuar con él?. Sin embargo un termo lleno de comida caliente es una aproximación, ya que el envase no permite el intercambio de materia e intenta impedir que la energía (calor)salga de él. El universo es un sistema aislado, ya que su diferencial de energía es cero ΔE(0) <br />SISTEMA HOMOGENEO:<br />un sistema homogéneo es aquel sistema que esta formado por una sola fase, es decir, que tiene igual valor de propiedades intensivas en todos sus puntos o de una mezcla de varias sustancias que da como resultado una sustancia de estructura y composición uniforme. Una forma rudimentaria de comprobarlo es mediante su visualización. Si no se pueden distinguir las distintas partes que lo forman, éste será, pues, homogéneo.<br />Un sistema homogéneo es, por ejemplo, la mezcla de sal común sobre una base de agua. La sal se disuelve en el agua de tal forma que es imposible verla a simple vista. El sistema constará de una sola fase y será homogéneo.<br />Los sistemas homogéneos, sus componentes no se ven a simple vista, misma propiedades intensivas en distintas partes del sistema. Ejemplo: agua con sal.<br />Los sistemas homogéneos se clasifican de cinco maneras:<br />Disoluciones: cuando el sistema tiene una sola fase visible. Las disoluciones están formadas, como mínimo, por un solvente y un soluto. <br />Sustancias puras: cuando el sistema está formado por una sola sustancia <br />Abiertos: son todos aquellos que pueden intercambiar energía y materia con el medio ambiente. Por ejemplo: Un vaso con agua caliente. Se enfría por acción de un intercambio de temperatura con el medio (intercambia energía) y libera vapor al medio (intercambia masa con el medio). <br />Cerrados: son todos aquellos que intercambian energía con el medio que los rodea pero no intercambia materia. Por ejemplo: Un vaso cerrado con alcohol. Si bien el alcohol puede recibir calor del medio (energía) y éste se evapora, no puede salir del recipiente y por lo tanto no intercambia materia. <br />Aislados: son aquellos que no realizan intercambio alguno, ni de materia ni de energía. Por ejemplo: Un termo con agua fría. Si tenemos agua a 1 ºC dentro de un termo y al cabo de 5 horas medimos su temperatura, verificaremos que sigue siendo la misma. No hubo intercambio de energía. Por consiguiente tampoco hay intercambio de materia ya que está aislado del medio. Se debe destacar que estos sistemas son ideales, pues en la realidad no existe ningún dispositivo para aislar a un sistema del medio y siempre habrá intercambio o de materia o de energía; el más perfecto es el frasco de Dewar. <br />Estos sistemas obedecen a hechos observables en su superficie o desde el exterior, pero en cuanto a sus propiedades internas, pueden clasificarse de otra manera.<br />SISTEMA HETEROGENEOS:<br />es aquel que está formado por dos o mas fases. Es identificado por razones muy simples: se pueden apreciar las distintas partes que componen el sistema, y a su vez se divide en interfases.<br />El granito es un ejemplo de sistema heterogéneo, al estar constituido por unos gránulos duros y semitransparentes, el cuarzo, unas partes más blandas y con un ligero tono rojizo, el feldespato, y unas manchas oscuras y brillantes que se exfolian con mucha facilidad.<br />Algunos métodos de separación: filtración, densidad diferente, solubilidad diferente.<br />TEMPERATURA:<br />La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más quot;
calientequot;
tiene una temperatura mayor, y si es frío tiene una temperatura menor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como quot;
energía sensiblequot;
, que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema, se observa que está más quot;
calientequot;
; es decir, que su temperatura es mayor.<br />En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).<br />Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular de la materia.<br />El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.<br />Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.<br />La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor quot;
cero kelvinquot;
(0 K) al quot;
cero absolutoquot;
, y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.<br />VISCOSIDAD:<br />La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.<br />VOLUMEN ESPECIFICO:<br />El volumen específico (v) es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la densidad.no dependen de la cantidad de materia. ejemplos: dos pedazos de hierro de distinto tamaño tienen diferente peso y volumen pero el peso específico de ambos sera igual. este es independiente de la cantidad de materia considerada para calcularlo. A las propiedades que no dependen de la cantidad de materia se las llama quot;
Propiedades Intensivasquot;
. Dentro de estas están también por ejemplo el punto de ebullición, el brillo, el color, la dureza y el punto de fusión<br />donde, V es el volumen, m es la masa y ρ es la densidad del material.<br />Se expresa en unidades de volumen sobre unidades de masa. Ej: o .<br />