1. Capítulo 11
Conceptos Básicos de Termodinámica
La termodinámica es el estudio de la “dinámica del calor” y, por extensión, del flujo o movimiento
de cualquier otra forma de energía. Esta disciplina, que constituye un híbrido entre la química y la
física, proporciona guías útiles para la comprensión de los procesos y de las reacciones químicas.
11.1 El concepto de energía
La energía es un concepto abstracto que, aunque no tiene una realidad física fácilmente
describible, si es posible en todo caso reconocer su existencia a través de las manifestaciones y
consecuencias de sus efectos. En términos de la Física, la energía se define como “la capacidad
para realizar un trabajo” o, matemáticamente, como el producto de la fuerza por la distancia:
Energía = Fuerza X Distancia Julios, Ergios, Calorías, etc.
Aunque cualquier forma de energía tiene la capacidad para realizar un trabajo, es decir, para
mover un objeto a una determinada distancia, en contra de una fuerza opuesta, para los propósitos
de este curso es más importante el concepto de “energía potencial”.
FIGURA 11.1 EL CONCEPTO DE ENERGÍA. FUENTE: HTTP://ESAMULTIMEDIA.ESA.INT/IMAGES/LAUNCHER/01771.JPG
En términos de física, la energía potencial es la energía que posee un cuerpo en virtud de su
posición. En términos de química, la energía potencial es la energía que se almacena dentro de la
unidad molecular o dentro de una parte de ella en virtud de su configuración o estructura.
Nótese, sin embargo, que cuando se quiere cuantificar o medir la energía almacenada en la
molécula, en función de su composición y/o estructura, es preciso referirse a un determinado
número de moléculas; es por esto que el concepto de energía es más claro cuando se refiere al

2. contenido energético de una determinada cantidad de sustancia, esto es, “...contenido energético
por mol, por gramo o por kilogramo de sustancia”.
La energía química es un tipo de energía potencial, en el sentido en que está relacionada con la
posición relativa de los átomos dentro de la molécula. Cuando las sustancias participan en una
reacción, la energía química se libera, se almacena o se convierte en cualquier otra forma de
energía.
Teóricamente, todas las formas de energía son interconvertibles unas en otras sin que exista
pérdida o ganancia neta en el proceso de conversión. Éste es un principio que se resume en la
Primera Ley de la Termodinámica, según la cual, “la energía del universo permanece constante1”.
FIG. 11.2 ENERGÍA POTENCIAL FIG. 11.3 ENERGÍA CINÉTICA FIG. 11.4 ENERGÍA QUÍMICA. AUTOR
A lo largo de este texto se han considerado algunos ejemplos de reacciones químicas en los cuales
el énfasis o la atención está centrado en los productos que se forman, en el rendimiento de la
reacción o en el equilibrio entre reaccionantes y productos. Ése es el caso de las reacciones de
precipitación, de las reacciones ácido-base o de los equilibrios de disociación y disolución.
La fermentación de azúcares para producir etanol, la oxidación del azufre para producir ácido
sulfúrico y la fertilización de los suelos para obtener mejores cosechas son algunos ejemplos de
procesos cotidianos en los que la atención del proceso se centra en el producto.
Sin embargo, existen reacciones químicas en las que el énfasis de la atención se centra en los
cambios energéticos implícitos en el proceso, antes que en los productos de la reacción. Así, por
ejemplo, en la reacción de combustión del gas metano, lo que interesa no es el CO2 y el H2O que
se forman durante la reacción, sino la energía que se desprende durante la misma.
Algo similar sucede en las reacciones de combustión de los hidrocarburos y/o con el
funcionamiento de las pilas y de las baterías. Lo que realmente importa en todos estos procesos es
la energía liberada en la reacción.
Ahora, bien, aunque prácticamente todas las reacciones absorben o desprenden energía,
principalmente bajo la forma de calor, desde un punto de vista termodinámicamente práctico, son
de especial interés aquellas reacciones en las cuales el cambio energético implícito presenta algún
tipo de interés técnico o económico. El calor es el proceso de transferencia de energía térmica.
1 2
Y como Masa y Energía están relacionados a través de la ecuación de Einstein, E = mc , entonces, por extensión, la
primera ley de la termodinámica establece que la masa y la energía del universo permanecen constantes.

3. 11.2 Cambios de energía en las reacciones químicas
El primer paso para entender los cambios energéticos implícitos en las reacciones químicas
consiste en definir el sistema, es decir, la parte específica del universo objeto de estudio. En
términos genéricos, existen tres tipos de sistemas:
Sistema abierto: Es aquel que puede intercambiar masa y energía con sus alrededores.
U U
Constituyen ejemplos, todos los experimentos realizados en el laboratorio de química durante este
curso, la solubilización de H2SO4 o del NaOH en agua, las reacciones Ácido–base, de precipitación
B B B B
o Redox, etc.
Sistema cerrado: Es un sistema que transfiere energía pero no masa hacia sus alrededores. Un
U U
ejemplo podrían ser las mismas reacciones anteriores, pero realizadas en un matráz cerrado, en
donde el calor pueda fluir hacia dentro o hacia fuera, pero no la masa.
Sistema asilado: Es aquel que no permite el intercambio de masa ni de energía entre el sistema y
U U
sus alrededores, ejemplo, las mismas reacciones anteriores, realizadas dentro de un recipiente que
no permita el intercambio de masa ni de calor, un Dewar, por ejemplo.
Así, para una reacción que como la siguiente, libera una gran cantidad de energía,
2H2 + O2 → 2H2O + Energía
El sistema estará constituido por el recipiente que contiene la mezcla de moléculas de hidrógeno y
oxígeno, y los alrededores, por el resto del universo. Puesto que la energía no puede crearse ni
destruirse, la energía desprendida por el sistema debe ser ganada por sus alrededores; dicho de
otra forma, el sistema transfiere energía térmica hacia sus alrededores. Todas las reacciones y/o
procesos que transfieren energía hacia sus alrededores, se conocen como “procesos exotérmicos”.
Si se considera ahora el proceso de solubilización del sulfato de aluminio en agua, en el cual se
observa que la temperatura del agua desciende cuando ésta se mezcla con la sal, se puede
escribir:
Energía + Al2(SO4)3 + H2O → Al2(SO4)3.nH2O
Inversamente al caso anterior, el sistema ahora, toma energía de sus alrededores. Todas las
reacciones y/o procesos que absorben energía de sus alrededores se conocen como “procesos
endotérmicos”.
11.3 Entalpía
Puesto que muchas de las reacciones que ocurren en la naturaleza (incluidas las que ocurren
dentro de los seres vivos) ocurren bajo condiciones de presión constante, se ha tomado la presión
atmosférica como presión de referencia para expresar los cambios energéticos de todas las
reacciones químicas.
Así pues, el calor absorbido o liberado por una reacción a presión constante se conoce como
“entalpía de reacción” y se representa por el símbolo “H”. La entalpía, como los sentimientos, no es
una propiedad que pueda medirse en términos absolutos. Así como en los sentimientos sólo se

4. pueden medir los cambios en el estado de ánimo de las personas, también en las reacciones
químicas lo que realmente se miden son los cambios energéticos producidos cuando la materia
pasa de “reactivos” a “productos”.
Estos cambios se representan por “∆H”. Por convención, ∆H es negativo para reacciones
exotérmicas, y positivo para reacciones endotérmicas.
C + O2 → CO2 ─393,5 Kjouls / Mol, Reacción exotérmica
CO2 + H2O → CH4 + O2 + 890,4 Kjouls, R. Endotérmica.
Ecuaciones químicas como las anteriores, en las que se incluyen los cambios energéticos
implícitos, se conocen como ecuaciones termodinámicas o termoquímicas. La primera ecuación
corresponde a la combustión del carbón y la segunda a la reducción del CO2, proceso artificial e
B B
inverso al de la combustión del gas metano que ocurre en el quemador de una estufa de gas
natural.
FIGURA 11.5 ENTALPÍA DE COMBUSTIÓN DE HIDRÓGENO. FUENTE:
HTTP://ESAMULTIMEDIA.ESA.INT/IMAGES/LAUNCHER/01771.JPG
HT TH
11.4 Calor, temperatura y unidades de calor
La temperatura es una propiedad de los sistemas naturales que determina la dirección en la que
fluye espontáneamente el calor. El calor es una forma de energía en movimiento que puede
percibirse cuando el sistema cede o absorbe energía hacia los alrededores durante un proceso.
No es correcto afirmar que un cuerpo tiene más calor que otro, pero sí que uno de ellos se
encuentra a mayor temperatura que el otro.
Cuando dos cuerpos que difieren en temperatura se ponen en contacto, el calor es decir la energía,
fluye del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. La temperatura no fluye. La

5. temperatura se mide en grados centígrados. El calor se mide en unidades de energía, tales como
Joules, Ergios o Calorías.
Un sistema para medir la temperatura es el termómetro de mercurio. En él, se aprovecha la
propiedad de dilatación térmica del mercurio para definir la escala centígrada. Este instrumento
consta de una pequeña cantidad de mercurio empacada en una delgada columna de vidrio, que ha
sido sellada herméticamente procurando dejar la mínima cantidad posible de aire en su interior.
Cuando el termómetro se pone en contacto con una mezcla de agua y hielo a la presión de un
atmósfera y la columna de mercurio alcanza su longitud de equilibrio, se marca un trazo que
corresponde a 0 ˚C (temperatura de fusión del agua). Cuando se repite el procedimiento, en las
mismas condiciones pero en agua hirviendo, se marca otro trazo que corresponde a 100 ˚C (punto
de ebullición del agua). Finalmente, la longitud de la columna de mercurio definida por estos dos
trazos se divide en 100 partes iguales y a cada una de ellas, se le denomina “grado centígrado”.
FIGURA 11.6 TERMÓMETRO DE MERCURIO. FUENTE:: AUTOR
La unidad de cantidad de calor en química es la “caloría”, la cual se define como la cantidad de
calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua, en un grado centígrado. Así, si se
eleva la temperatura de un litro de agua en un grado centígrado, decimos que el sistema ha
ganado una kilocaloría.
1 Kcal. = 1.000 calorías = 3,968 BTU2 P P = 4186 Joules.
Una vez definidos estos conceptos, intentemos ahora calcular cuantos kilogramos de carbón se
requieren para llevar un metro cúbico de agua desde 18 °C hasta 100 °C.
Puesto que se requiere una caloría para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado
centígrado y un metro cúbico de agua contiene 1´000.000 de gramos, entonces se requerirán
1´000.000 de calorías para elevar la temperatura de un metro cúbico de agua en un grado
centígrado.
Pero como se requiere elevar la temperatura de un metro cúbico de agua en 82 °C (100 – 18),
entonces se requerirán 82´000.000 de calorías para poner a hervir esta cantidad de agua.
Pero como 82´000.000 de calorías son 82.000 kilo-calorías y éstas equivalen a 343.252 kilo—
Joules, entonces, podremos decir: “Si 12 gramos de carbón liberan 393,5 kilo—joules, ¿cuanto
carbón se requerirá para liberar 343.252 kilo-Joules”?
C + O2 CO2 ∆H = — 393,5 Kilo—Joules / mol
2
TP PT Brtish Termal Unit.

6. 1 Kcal. 4,186 Kilo—Joules
82000 Kilo—Calorías X
X = 343252 Kilo—Joules
12, 0 g Carbón 393,5 Kilo—Joules
X 343252 Kilo—Joules
X = 10467,66 gramos de carbón
X = 10,46 Kg de carbón.
Esto significa que, desde el punto de vista teórico, se requieren 10,46 Kg de carbón para hacer
ebullir un metro cúbico de agua. Sin embargo, en la práctica, se requiere un poco más de carbón
debido a que en este cálculo no se han considerado las pérdidas de calor por dispersión hacia los
alrededores, y además, se esta asumiendo que el 100% de la masa de carbón es “carbono puro”.
Estas pérdidas suelen ser del orden del 25%.
11.5 Entropía y segunda ley de la termodinámica
Uno de los principales objetivos del estudio de la termodinámica es poder predecir lo que ocurre
cuando se mezclan un conjunto de reactivos bajo unas determinadas condiciones.
Una reacción que ocurre naturalmente, bajo unas determinadas condiciones, se conoce como una
“reacción espontánea”. La experiencia indica que los procesos que ocurren en forma espontánea,
no proceden en dirección contraria, bajo las mismas condiciones.
Por ejemplo, el calor fluye del cuerpo más caliente al más frío, pero nunca en sentido contrario; el
hierro expuesto al medio ambiente se oxida, pero el óxido nunca se reduce bajo las mismas
circunstancias; el azúcar se disuelve de manera espontánea en el agua, pero no se cristaliza a
partir de esa solución, bajo las mismas condiciones; las reacciones ácido-base proceden hacia la
neutralización y no en sentido contrario, etc.
Si se supone que los procesos espontáneos ocurren para disminuir la energía de un sistema,
entonces todos los procesos espontáneos debieran ser exotérmicos; sin embargo, no todos los
procesos espontáneos son exotérmicos. Por ejemplo, el hielo funde espontáneamente por encima
de 0 °C, pese a ser un proceso endotérmico.
H2O(S) → H2O(L) ∆H = 6,01 Kjouls.
Aparentemente, el carácter exotérmico favorece la espontaneidad de una reacción, pero no la
garantiza. Para poder predecir la espontaneidad de un proceso es preciso conocer dos cosas: Una,
es el cambio en la entalpía del sistema, ∆H y la otra es conocer el cambio entrópico del sistema,
∆S. La entropía de un sistema es una medida del orden o aleatoriedad del sistema.

7. Orden
Entropía
Desorden
FIGURA 11.7 EL CONCEPTO DE ENTROPÍA. FUENTE: AUTOR
Las moléculas altamente ordenadas, como las proteínas, los lípidos y los carbohidratos tienen
bajos valores de entropía. Es por esto que una ves que cesa la fuente de energía externa que
sostiene el orden, éstas tienden espontáneamente hacia el desorden, es decir, a la disgregación en
moléculas mucho más simples, como el bióxido de carbono y el agua, cuyo orden comparativo es
relativamente mucho más bajo.
En términos de química, la entropía puede entenderse como el grado en que los átomos o iones se
ordenan o distribuyen en una determinada región del espacio, sea este el “cuerpo” de una
molécula, un cristal o una solución. Quizá la forma más clara de definir y entender el concepto de
“entropía”, es correlacionándolo con el de orden y probabilidad.
Así por ejemplo, la probabilidad de que las moléculas se ordenen en una red cristalina es mayor
cuando la temperatura del entorno es inferior al punto de congelación, que cuando es mayor que
éste. Por lo tanto, a temperaturas inferiores al punto de congelación, “existe una tendencia natural
hacia el ordenamiento cristalino.”
Aunque es posible determinar la entropía absoluta de una sustancia, en términos prácticos es más
fácil referirse a ella en función de los “cambios entrópicos involucrados en un determinado
proceso”. Cuanto mayor es el desorden o libertad de movimiento de los átomos o moléculas de un
U
sistema, mayor será su entropía, y a la inversa. Puesto que el movimiento y la temperatura están
U
directamente relacionados entre sí y con el orden del sistema, en el cero absoluto la entropía de
una sustancia deberá ser también igual a cero.
En síntesis, La segunda ley de la termodinámica, aplicada a las reacciones químicas, establece
que las reacciones espontáneas incrementan la entropía del universo. Para poder determinar la
espontaneidad de una reacción, es preciso recurrir del concepto de energía libre, de Gibbs, el cual
se define matemáticamente como:
∆G = ∆H ─ T∆S

8. ∆G = (─) Reacción Espontánea
Cuando ∆G = 0 Coexisten Productos y Reactivos
∆G = (+) Reacción Inducida
En donde “∆S” representa el cambio en el orden del sistema y T la temperatura. Cuando ∆G es
negativo, la reacción será espontánea; cuando es positivo, la reacción no ocurrirá, salvo que se
adicione energía al sistema desde los alrededores. No obstante, debe tenerse en cuenta el
concepto de “energía de activación”, ilustrado mediante la (figura 11.7).
Energía de
Activación
E E Reactivos
Reactivos
N N
E E
R Entalpía o Energía R Entalpía
G de Reacción G
Í Í
Productos
A A Productos
FIGURA 11.8 ENTALPÍA Y ENERGÍA DE ACTIVACIÓN. FUENTE: AUTOR
11.6 Mecanismos de reacción
Una reacción química puede ser vista como el proceso mediante el cual una o más sustancias se
transforman en otras de naturaleza diferente, llamadas productos. Pero para que esto pueda darse,
desde el punto de vista termodinámico, deben cumplirse ciertas condiciones lógicas.
En primer lugar, las moléculas de reactivos deben colisionar; en segundo lugar, las colisiones
deben ser orientadas, de tal suerte que los grupos reaccionantes puedan juntarse durante la
colisión; en tercer lugar, las colisiones deben ser lo suficientemente fuertes, como para romper los
enlaces requeridos y que la reacción pueda ocurrir.
En algunos casos, como por ejemplo en la combustión de los hidrocarburos, las reacciones ocurren
en forma muy rápida. En otros casos, como por ejemplo en la oxidación de algunos metales a la
intemperie, la reacción es muy lenta. Las reacciones rápidas se dan cuando las anteriores
condiciones pueden cumplirse con facilidad. Sin embargo, si uno de las condiciones presenta algún
grado de dificultad, la reacción procederá con lentitud. Todas las fases o etapas que componen el
proceso de un a reacción química se conocen como “mecanismos de reacción”.
En algunos casos, la velocidad de las reacciones químicas puede ser modificada mediante la
inclusión de un catalizador. Un catalizador es una sustancia que acelera o disminuye la velocidad
de una reacción, pero sin intervenir más en ella. Los catalizadores actúan cambiando los
mecanismos de reacción, es decir, guiando o conduciendo el proceso de la reacción a través de un

9. procedimiento diferente al que ésta tendría, si no estuviese presente el catalizador. Asemejando las
reacciones químicas con la mecánica elemental, si la tuerca y el tornillo representan los reactivos,
entonces el destornillador representa el catalizador.
FIGURA 11.9 SÍMIL MECÁNICO DE LA ACCIÓN DE UN CATALIZADOR. FUENTE: AUTOR
No obstante, la velocidad de una reacción puede modificarse, no sólo mediante el uso de
catalizadores, sino también, mediante cambios en las condiciones de la reacción. Así, por ejemplo,
al aumentar la concentración de los reactivos aumenta la velocidad de la reacción, porque aumenta
el número de colisiones totales y efectivas.
Al aumentar la temperatura, aumentan la energía cinética de las moléculas de reactivos y, por
ende, el número de colisiones totales y efectivas. Es por esto, que dos de las reglas de oro en
química establecen, la primera que “a mayor concentración mayor velocidad de reacción”, y la
segunda, que “a mayor temperatura, mayor velocidad de reacción”. Las excepciones confirman la
regla.
Como ya se dijo, la energía se conserva durante las reacciones químicas. En una reacción pueden
considerarse dos momentos diferenciables: el primero ocurre cuando los enlaces químicos de los
reactivos se rompen y el segundo cuando los átomos se reordenan mediante la construcción de
nuevos enlaces. Para romper los enlaces se requiere de cierta cantidad de energía, pero al formar
nuevos enlaces se desprende también una cierta cantidad de energía.
Si en el producto se forman enlaces más fuertes que los que existían en los reactivos, la energía
liberada en el proceso de formación de nuevos enlaces será mayor que la que se consume en el
proceso de ruptura de los enlaces preexistentes. El excedente de energía se irradia entonces hacia
los alrededores y se dice que la reacción es exotérmica. En caso contrario, la mezcla reaccionante
se enfría para absorber calor de los alrededores, y se dice entonces que el proceso es
endotérmico.
11.7 Aplicaciones de la termodinámica
11.7.1 Caso 1. Termodinámica y salud
Conociendo el contenido energético de algunos alimentos y sabiendo que un deportista consume
100 kilo-calorías en dar una vuelta en torno a una cancha de fútbol, calcule el número de vueltas
que éste podría dar con la energía acumulada en su desayuno, el cual está compuesto de 125
gramos de pan, 40 gramos de mantequilla, 150 gramos de huevo y 200 gramos de jugo de naranja.

10. Para resolver este ejercicio, el primer paso consiste en determinar la energía acumulada en la dieta
ingerida por el deportista. Así:
Alimento ∆H, Producto o ∆H,
Kilo-Joules / gramo Alimento Kilo-Joules / gramo
Manzana -2 Pollo asado -7
Leche -3 Papas -3
Jugo de naranja -5 Espaguetis - 15
Pan - 11 Combustibles
Mantequilla - 34 Madera - 20
Queso - 18 Carbón - 27
Huevos -6 Gasolina - 34
Carne de res -8 Gas natural - 45
Carne de cerdo - 14 Hidrógeno - 121
TABLA 11.1 CONTENIDO ENERGÉTICO DE ALGUNOS PRODUCTOS
Alimento ∆H, K--Joules / g. Gramos Consumidos Energía Almacenada
Pan - 11 125,0 g. 1375 Kilo-Joules
Mantequilla - 34 40,0 g. 1360 Kilo-Joules
Huevo -6 150,0 g. 800 Kilo-Joules
Jugo de Naranja -5 200,0 g. 1000 Kilo-Joules
Contenido Energético Ingerido 4535 Kilo-Joules
Ahora, como la energía consumida por vuelta esta dada en términos de kilocalorías, es preciso
convertir los 4535 kilo joules ingeridos por el deportista a kilo calorías:
Si 1 Kilo-Caloría 4,184 Kilo-Joules
? 4535 Kilo-Joules
? = 1083,9 Kilo Calorías
Si una Vuelta 100 Kilo Calorías
? 1083,9 Kilo Calorías
? = 10, 84 Vueltas
Si bien, éste es un resultado teórico debido a que en la práctica una buena parte de la energía
consumida en los alimentos (aproximadamente el 30%) se gasta en el sostenimiento de las
funciones vitales básicas (respiración, circulación, digestión y sostenimiento del calor corporal en
los animales de sangre caliente, entre otros) el cálculo aporta en todo caso un valor base para el
diseño de dietas y programas nutricionales.
Adicionalmente, el porcentaje de energía asimilada por un organismo superior, no es constante
sino que más bien, depende del estado de requerimiento en que éste se encuentre; así, en estados
críticos o de hambre intensa, la asimilación puede llegar al 100%, pero en “condiciones normales”,
esta puede llegar incluso a menos del 50%.

11. Teóricamente, cuando el contenido energético ingerido por un organismo supera el “gasto” de sus
necesidades, el excedente energético se acumula en forma de grasa corporal, la cual constituye
una reserva energética que todos los organismos tienden a mantener.
Ya que a lo largo de la evolución siempre fue necesario almacenar “reservas” en tiempos de
abundancia para poder soportar las épocas de escasez, los animales en general, tienen una
propensión natural al sobrepeso.
FIGURA 11.10 ENERGÍA ALMACENADA COMO GRASA CORPORAL. FUENTE: WWW.JEFFNORWELL.COM/RENDERING/
JPEGS/GROUP1/SUMO%2005.JPG
11.7.2 Caso 2 Termodinámica y combustibles fósiles
Un tren a vapor, de 300 toneladas de masa, consume al desplazarse una energía promedio de
60.000 kilo joules por kilómetro de distancia recorrida. ¿Cuántos kilogramos de carbón deben
reservarse para desplazarse en viaje de ida y vuelta desde Bogotá hasta Melgar, suponiendo que
la distancia entre estos dos puntos es de 100 Kilómetros y que las pérdidas por fricción (viento y
carrilera) son del 15%?

12. Distancia total: 100 Km. x 2 = 200 Km.
Energía requerida:
200 Kilómetros X 60.000 Kilo Joules / Kilómetro = 12’000.000 Kilo Joules
De la Tabla No 11.1,
Si 1,0 gramos de carbón 27 Kilo Joules
? 12’000.000 Kilo Joules
? = 444,44 Kg. de Carbón
444,44 Kg. de Carbón 100 %
? 15 %
? = 66,6 Kg. de Carbón, para compensar las pérdidas.
Consumo total = 444,44 Kg. + 66,66 Kg. = 511,1 Kg. de carbón
11.7.3 Caso 3 Termodinámica y combustibles químicos
¿Cuál es la masa de hidrógeno que se requiere para poner en órbita un objeto de 50 toneladas a
una altura media de 400 kilómetros sobre la superficie de la tierra, asumiendo unas pérdidas por
fricción del 10%?
Masa: 50.000 Kgs.
Distancia: 400.000 ms.
2
Aceleración: ─9,8 m / S
Energía Requerida:
2 11 8
50.000 Kgs. X 9,8 m / S X 400.000 ms. = 1,96 e Joules = 1,96 e Kilo Joules
De la Tabla No 11.1,
Si 1,0 gramo de hidrógeno 121 Kilo Joules
8
? 1,96 e Kilo Joules
? = 1620 Kg. de hidrógeno.
? = 1,62 Toneladas de hidrógeno
Y, considerando las pérdidas por fricción,
? = 1,782 Toneladas de hidrógeno

13. 11.7.4 Caso 4 Termodinámica y medio ambiente
Una empresa termoeléctrica genera una cantidad de energía equivalente a 100 mega wats. ¿Qué
cantidad de bióxido de carbono y cenizas lanza diariamente a la atmósfera, si se sabe que el 1,0%
del carbón utilizado se desprende a la atmósfera como cenizas durante la combustión?
Potencia generada: 100’000.000 Wats. Tiempo en segundos: 86400 segundos / día
Energía generada / día 100’000.000 Mwats X 86400 segundos
12 9
= 8,64 e Joules / día. = 8,64 e Kilo Joules / día
De la Tabla No 11.1,
Si 1,0 gramo de Carbón 27 Kilo Joules
9
? 8,64 e Kilo Joules
? = 320.000 Kg. de Carbón / día, asumiendo una eficiencia del 100% en la generación.
320.000 Kg. 100 %
? 1,0 % ? = 3200 Kg. de cenizas.
3200 Kg de cenizas se arrojan diariamente a la atmósfera en forma de humos. Además de
carbono, el carbón suele contener también azufre y nitrógeno en porcentajes del orden del 0,01 al
1 %. ¿Qué cantidades de SO3 y NO2 se lanzarían diariamente a la atmósfera, si el carbón utilizado
contuviese un 0,20% de nitrógeno y un 0,80% de azufre?
Finalmente, si se representa la ecuación de combustión del carbón mediante la ecuación:
C + O2 CO2 — 393,5 Kjouls, Reacción exotérmica
Entonces puede verse claramente que por cada mol de carbono que se quema, habrá un mol de
bióxido de carbono que llega a la atmósfera. O en términos de masa, por cada 12,0 g de carbono
que se queman se generan 44 g de bióxido de carbono. Entonces:
Si 12 Toneladas C 44 Toneladas CO2
320 Toneladas C ?
? = 1.173,33 Toneladas de bióxido de carbono se lanzan diariamente a la atmósfera.
Resumiendo, una empresa como la anterior lanza diariamente a la atmósfera 1173,33 toneladas de
bióxido de carbono y 3200 Kg de cenizas bajo la forma de humos.
11.8 Epílogo
Cuando de mí no quede sino un árbol,
cuando mis huesos se hayan esparcido

14. bajo la tierra madre;
cuando de ti no quede sino una rosa blanca
que se nutrió de aquello que tú fuiste
y haya zarpado ya con mil brisas distintas
el aliento del beso que hoy bebemos,
tú seguirás viviendo en la belleza de la rosa,
como yo en el follaje del árbol
y nuestro amor en el murmullo de la brisa.
¡Escúchame!
Yo aspiro a que vivamos
en las vibrantes voces de la mañana.
Yo quiero perdurar junto contigo
en la savia profunda de la humanidad;
en la risa del niño,
en la paz de los hombres.
en el amor sin lágrimas...
(Fragmentos)
Miguel Otero Silva
Venezuela
Ejercicios de Aplicación y Reflexión.
1. Haciendo uso de la tabla 11.1, diseñe la dieta alimenticia mínima requerida por un
estudiante, un trabajador y un deportista, sabiendo que sus necesidades energéticas
diarias, son respectivamente, 2.000, 3.000 y 5000 kilo calorías.
2. Si una persona cuyas necesidades energéticas diarias equivalen a 2.500 kilo calorías,
consume diariamente 200 g de pan, 60 g de mantequilla, 200 g de carne de cerdo, 200 g
de papa, 100 g de espagueti, 50 g de pollo y 200 g de leche, ¿a cuánto equivaldrá su
excedente energético diario? Si dicho excedente se acumulara como grasa corporal
(mantequilla), ¿cuál sería el sobrepeso alcanzado en un mes con esta dieta?
3. El tren de la Sabana consume al desplazarse una energía promedio de 50.000 kilo joules
por kilómetro de distancia recorrida. Cuantos kilogramos de carbón deben reservarse para
desplazarse en viaje de ida y vuelta a Zipaquirá, si la distancia hasta dicho lugar es de 65
km y las pérdidas por fricción con el aire y sobre la carrilera son del orden del 15%?
4. ¿Cuál es la masa de gasolina requerida para levantar un avión de 100 toneladas hasta una
altura de 10.000 metros, asumiendo unas pérdidas por fricción del 10%? Si el combustible
empleado fuese hidrógeno, ¿cuál sería la masa de combustible?
5. Una hidroeléctrica genera una cantidad de energía equivalente a 5.000 Mwatts. ¿Cuál
sería la masa de material particulado lanzado diariamente a la atmósfera si dicha cantidad
de energía se generara a partir de la combustión de un carbón cuyo porcentaje en cenizas
es del orden del 0,2%?
Lecturas y referencias sugeridas

15. Farrington, D.; Alberty, R. Fisicoquímica, Capítulos 1, 2, 3 y 10. Ed. CECSA. México D. F. 1979.
Hollyday and Resnick. Física., Capítulos 7 y 8. Editorial CECSA. México D. F. 1975.
Levine, I. Fisicoquímica. Capítulos 2, 3, 15 y 17. McGraw-Hill, Bogotá, 1982.
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