1. FÍSICO QUÍMICA CUARTA UNIDAD
2013 EQUILIBRIO MATERIAL
La segunda ley de la termodinámica nos indica si
un proceso es posible.
Un proceso que aumenta la Suniv es posible e
irreversible.
Los procesos reversible es cuando ΔSuniv = 0
Recordar que el equilibrio material significa que
en cada fase de un sistema cerrado, el número
de moles de cada sustancia presente no varía.

2. EQUILIBRIO MATERIAL
División del equilibrio material:
a.Equilibrio químico o de conversión.
b.Equilibrio de fases o de transporte de material
entre las fases sin que haya conversion.
En el equilibrio material se ingresan dos nuevas
funciones de estado. Helmholtz H Ξ U-TS y la
función de Gib G Ξ H -TS

3. JOSIAH WILLARD GIBBS
1839- 1903
Estudió en la Universidad de Yale, obteniendo
su doctorado en Ingeniería Mecánica en 1863
con una tesis acerca del diseño de engranajes
por métodos geométricos. Cabe destacar el
hecho de que fue el primer estadounidense al
que se le confirió un doctorado en
ingeniería[cita requerida].
En 1886 fue a vivir a Europa, donde permanció
tres años: París, Berlín y Heidelberg. En 1871
fue nombrado profesor de física matemática en
la Universidad de Yale. Enfocó su trabajo al
estudio de la Termodinámica; y profundizó
asimismo la teoría del cálculo vectorial, donde
paralelamente a Heaviside opera separando la
parte real y la parte vectorial del producto de
dos cuaternios puros, con la idea de su empleo
en física. En los cuales se consideró uno de los
grandes pioneros de la actualidad

4. PROPIEDADES TERMODINAMICAS DE
SISTEMAS FUERA DE EQUILIBRIO
El tema se refiere a sistemas fuera de equilibrio
y hasta que punto se pueden atribuir valores
definidos de las propiedades termodinámicas.
Consideremos un sistema que no esté en
equilibrio material, pero sí en equilibrio
mecánico y térmico con P y T uniformes en todo
el sistema

5. SISTEMAS FUERA DE EQUILIBRIO
Tenemos un sistema separado por una pared
formando dos apartados en el uno tenemos un
cristal de NaCl y el otro una solution insaturada
de NaCl en agua con P y T fijas. Como U y S son
extensivas, tenemos:
U=Udisol +UNaCl
S=Sdisol +SNaCl

6. SISTEMAS FUERA DE EQUILIBRIO
Disolución
insaturada acuosa
de NaCl
NaCl sólido
Al quitar el tabique en este proceso q (calor), y w( trabajo) así como ΔU y ΔS
son cero pero ya no existe equilibrio de fases, pero se da un valor de S y U a
pesar que el sistema no se encuentra en equilibrio material, por que tiene un
equilibrio térmico y mécanico, de composición uniforme en cada fase.
D

7. SISTEMAS FUERA DE EQUILIBRIO
Si consideramos una mezcla arbitraria de H2, O2
y H2O en estado gaseoso a determinadas
temperaturas y presión, la mezcla no se
encuentra en equilibrio químico.
Si se añade un catalizador apropiado se produce
reacción cambiando la composición de la mezcla
obtenien
do nuevos valores de U y S

8. SISTEMAS FUERA DE EQUILIBRIO
Finalmente concluimos que es posoble atribuir
valres de U y S a un sistema en equilibio térmico
y mécanico, de composición uniforme en cada
fase, aunque no se encuentre en equilibrio
material. Estos sistemas tienen valores definidos
de P,V y T

9. ENTROPIA Y EQUILIBRIO
Un sistema aislado que no esté en equilibrio
material, las reacciones químicas y el transporte
de materia entre las fases son procesos
irreversibles que aumentan la entropía.
El criterio de equilibrio de un sistema aislado es
que su entropía sea máxima.

10. ENTROPÍA Y EQUILIBRIO
Pared rígida adiabábatica e impermeable
Alrededor a T
Pared impermeable
Un sistema en equilibrio térmico y mecánico, pero
no en equilibrio material.
Sistema a T

11. FUNCIONES DE GIBBS Y HELMHOLTZ
En un sistema cerrado, capaz de efectuar sólo
trabajo P-V, las condiciones de equilibrio
material para T y V constantes es la función
de Helmholtz A: sea mínima, y la condición de
equilibrio material para P y T constantes es la
función de Gibbs G: sea mínima.
dA = 0 en equilibrio, T y V constantes
dG = 0 en equilibrio, T y P constantes

12. RELACIONES TERMODINÁMICAS DE
UN SISTEMA EN EQUILIBRIO
Todas las relaciones entre funciones de estado
se obtienen a partir de ecuaciones básicas:
dU=TdS –PdS
H Ξ U+PV
A Ξ U- TS
G Ξ H –TS
Más las capacidades caloríficas.
Ξ

13. LAS ECUACIONES DE GIBBS
El objetivo es poder expresar cualquier
propiedad termodinámica de un sistema en
equilibrio en función de cantidades físicas
fácilmente medibles.
dU = TdS - PdV
dH= TdS+ VdP
dA= -SdT- PdV
dG= -SdT + VdP

14. POTENCIALES QUIMICOS Y
EQUILIBRIO MATERIAL
La ecuación básica dU = TdS - PdV y las
ecuaciones para dH,dA y dG no se aplican
cuando la composición cambia debido al
intercambio de materia con los alrededores, a
una reacción química irreversible, o a un
transporte irreversible de materia entren fases
del sistema.

15. EQUILIBRIO MATERIAL
La condición del equilibrio material, incluyendo
el equilibrio de fases y el equilibrio químico.
Considerando un sistema cerrado en equilibrio
térmico y mecánico a T y P constantes.
La función de Gibbs G disminuye, en
equilibrio, alcanza su valor mínimo, y dG= O para
cualquier valor infinitesimal a P y T constantes.

16. EQUILIBRIO DE FASES
Existen dos tipos de equilibrio material:
equilibrio de fases y equilibrio químico.
Un equilibrio de fases implica que las mismas
sustancias químicas están presentes en
diferenteses fases.
En un equilibrio químico se encuentran
diferentes especies químicas que pueden o no
estar en la misma fase.

17. EQUILIBRIO QUÍMICO
En el equilibrio material usaremos el equilibrio
químico de reacción:
aA1 +bA2 +……….eAm + fAm+1……..
Donde: A1 +A2 son los reactivos.
Am +Am+1 son los productos.
y a,b………,e,f son los coeficientes.
Ejemplo;2C6H6 +15 O2 12CO2+6HO2
A1=C6H6 , A2 =O2 ,A3 =CO2 ,A4
=H2O, a=2,b=15,e=12, f= 6

18. ENTROPIA Y VIDA
La segunda ley de la termodinámica es la ley del
aumento de la entropia. Mayor entropia
significa mayor desorden o probalidades.Los
seres vivos mantienen un orden interno y
siempre están en procesos, por lo que no se
encuentran en equilibrio.
Los organismos vivos son sistemas abiertos
puesto que intercambian materia con el
exterior,además intercambian calor.

19. ENTROPIA Y VIDA
De acuerdo con la segunda ley, ΔSsist + Δsent ≥ =0
para un organismo, la ΔSsist del organismo
puede ser positivo,negativo o cero.