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TERCERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
DOCENTE: SVITLANA SESPEDES VARKARCEL
CURSO: FISICOQUIMICA
INTEGRANTES:
• ANITA KASANDRA GONZALES CALDERON
• YORDY PEDRO CASTRO GARCIA
• EDWARD ULISES ROSALES BERROSPI
• CHRISTIAN JOEL TANTA SANGAY
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA GEOLÓGICA,MINERA Y METALÚRGICA
INTRODUCCIÓN
La tercera ley de la termodinámica es una
extensión de la segunda ley y se relaciona
con la determinación de los valores de la
entropía. Hasta ahora hemos venido
relacionado la entropía con el desorden
molecular, cuanto mayor sea el desorden o
la libertad de movimiento de los átomos o
moléculas de un sistema, mayor será la
entropía de éste.
Los cambios de entropía tienen valor de 0 en el cero
absoluto, siempre y cuando los estados del sistema se
encuentren en equilibrio termodinámico. Eso significa que
las entropías de todas las sustancias perfectamente
cristalinas deben ser iguales en el cero absoluto.
La tercera ley de la termodinámica dice que la entropía de
un sistema en el cero absoluto es una constante definida.
Esto se debe a que un sistema a temperatura cero existe en
su estado fundamental, por lo que su entropía está
determinada sólo por la degeneración del estado
fundamental .
TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
El teorema de Nernst o postulado de Nernst,
como también se le conoce, relaciona la
entropía y la temperatura de un sistema físico.
Este postulado también es conocido como la
tercera ley de la termodinámica, siendo de
gran importancia para la ingeniería y las
ciencias que estudian la energía. En este
artículo definiremos el teorema o postulado
de Nernst, conceptos relacionados, como el
cero absoluto y la importancia de este
postulado para la termodinámica.
A continuación, describiremos los conceptos
básicos fundamentales para comprender el
teorema o postulado de Nernst:
TEOREMA DE CALOR DE NERNST
Cero absoluto
El concepto de cero absoluto describe un estado en el cual
la entalpía y la entropía de un gas ideal tienen como valor
cero, es decir, es un estado en donde la temperatura es tan baja
que cesa o casi cesa todo movimiento molecular y térmico de
los átomos. Dicha temperatura es el famoso cero Kelvin o -
273.15 0C.
En otras palabras, podemos decir que el cero absoluto es un
estado con la mínima cantidad de energía posible.
Matemáticamente hablando, podemos representar el cero
absoluto de la siguiente manera:
Donde:
S: Es la entropía expresada en J/K.
T: Es la temperatura en grados Kelvin.
lim
𝑇→0
𝑆 = 0
El teorema o postulado de Nernst fue
desarrollado por Walter Nernst entre los años
1906 y 1912. Dicho teorema establece lo
siguiente:
Es imposible para cualquier proceso,
sin importar cuan idealizado esté,
reducir la temperatura de un sistema al
cero absoluto en un número finito de
operaciones
TEOREMA DE CALOR DE NERNST
La tercera ley de la termodinámica está
basada directamente en el teorema de Nernst,
y a pesar de que esta ley rara vez se aplica en
la vida cotidiana, rige la dinámica atómica y
molecular a las temperaturas más bajas que
existen. Además de esto, la tercera ley define
a los “cristales perfectos”, los cuales, no
poseen entropía alguna y sólo pueden ser
alcanzados a la temperatura del cero absoluto.
Importancia del teorema de Nernst y la
tercera ley de la termodinámica
TEOREMA DE CALOR DE NERNST
Las principales aplicaciones para la tercera
ley de la termodinámica son los conceptos de
caliente y frío y el concepto de transferencia
de calor, los cuales, veremos a continuación:
Concepto de caliente y frío
El concepto de frío no existe como tal, es
cierto que es una experiencia sensorial que se
relaciona con las bajas temperaturas, pero no
es medible, sino que simplemente representa
la ausencia de calor (energía calórica entrante
al sistema).
Aplicaciones del teorema de Nernst y la
tercera ley de la termodinámica
Concepto de transferencia de calor
Para que exista la transferencia de calor
(transferencia de energía calórica), debe
existir una diferencia de temperatura entre
dos puntos. Si esta diferencia de temperaturas
no existe, no habrá transferencia de calor.
Recordando el ejemplo anterior del cubo de
hielo en la taza de café, se observa una
variación de temperatura entre el café y el
hielo, lo que provoca que las moléculas de
café liberen energía hacia el hielo que se
encuentra a una temperatura más baja, para
buscar un equilibrio termodinámico.
TEOREMA DE CALOR DE NERNST
ENERGÍA DE GIBBS
En termodinámica, la energía libre de Gibbs (o energía libre) es una función termodinámica, es
decir, una función de estado extensiva (depende de la masa, aditiva) con unidades de
energía(joule), que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química
(a presión y temperatura constante).
Respecto al significado de ∆G, se dice:
• La condición de equilibrio es: ∆G = 0
• La condición de espontaneidad es : ∆G < 0
• El proceso no es espontáneo cuando : ∆G > 0
Energía libre y Espontaneidad de las reacciones químicas
• REACCIÓN NO ESPONTÁNEA • REACCIÓN ESPONTÁNEA
Cálculo de la energía de Gibbs:
Cuando se produce un proceso a temperatura T y presión P constantes, podemos reordenar y definir una
nueva cantidad que se conoce como energía libre de Gibbs:
Energía de Gibbs= 𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆
En donde H es la entalpía, T es la temperatura (en Kelvin, K) y S es la entropía. La energía libre de Gibbs se
representa con el símbolo G, y normalmente tiene unidades de
𝑘𝐽
𝑚𝑖𝑙 −𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐
Cuando usamos la energía libre de Gibbs para determinar la espontaneidad de un proceso ,nos ocupamos
solamente de los cambios en G, más que nada su valor absoluto. El cambio se escribe como Δ𝐺, y es la
diferencia entre la energía libre de Gibbs de los productos, 𝐺𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 y la energía libre de Gibbs de los
reactivos, 𝐺𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 y la energía libre de Gibbs de los reactivos, 𝐺𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Δ𝐺 = 𝐺𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐺𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
Para un proceso a T y P constantes, podemos volver a escribir la ecuación para la energía de Gibbs en
función de cambios en la entalpía (Δ𝐻𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎) y en la entropía (Δ𝑆𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎) de nuestro sistema
Δ𝐺𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = Δ𝐻𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 − 𝑇Δ𝑆𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
También podrás ver esta reacción escrita sin los
subíndices que especifican que los valores
termodinámicos son los del sistema (y no del
interno o del universo) de modo que se
entiende que los valores para Δ𝐻 𝑦 Δ𝑆 son
siempre para el sistema de interés
• Cuando Δ𝐺 < 0 el proceso es exergónico y
ocurrirá espontanea en sentido directo para
formar más productos
• Cuando Δ𝐺 > 0 el proceso es endergónico y
no es espontáneo en el sentido directo. Por
el contrario, ocurrirá espontáneo en el
sentido inverso para producir más reactivos
• Cuando Δ𝐺 = 0 el sistema está en equilibrio
y las concentraciones de productos y
reactivos permanecerán constantes
EXPERIMENTO
GRACIAS POR
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EXPOSICION TERCERA LEY DE LA TERMODINAMICA.pptx

  • 1. TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA DOCENTE: SVITLANA SESPEDES VARKARCEL CURSO: FISICOQUIMICA INTEGRANTES: • ANITA KASANDRA GONZALES CALDERON • YORDY PEDRO CASTRO GARCIA • EDWARD ULISES ROSALES BERROSPI • CHRISTIAN JOEL TANTA SANGAY UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLÓGICA,MINERA Y METALÚRGICA
  • 2.
  • 3. INTRODUCCIÓN La tercera ley de la termodinámica es una extensión de la segunda ley y se relaciona con la determinación de los valores de la entropía. Hasta ahora hemos venido relacionado la entropía con el desorden molecular, cuanto mayor sea el desorden o la libertad de movimiento de los átomos o moléculas de un sistema, mayor será la entropía de éste.
  • 4. Los cambios de entropía tienen valor de 0 en el cero absoluto, siempre y cuando los estados del sistema se encuentren en equilibrio termodinámico. Eso significa que las entropías de todas las sustancias perfectamente cristalinas deben ser iguales en el cero absoluto. La tercera ley de la termodinámica dice que la entropía de un sistema en el cero absoluto es una constante definida. Esto se debe a que un sistema a temperatura cero existe en su estado fundamental, por lo que su entropía está determinada sólo por la degeneración del estado fundamental . TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
  • 5. El teorema de Nernst o postulado de Nernst, como también se le conoce, relaciona la entropía y la temperatura de un sistema físico. Este postulado también es conocido como la tercera ley de la termodinámica, siendo de gran importancia para la ingeniería y las ciencias que estudian la energía. En este artículo definiremos el teorema o postulado de Nernst, conceptos relacionados, como el cero absoluto y la importancia de este postulado para la termodinámica. A continuación, describiremos los conceptos básicos fundamentales para comprender el teorema o postulado de Nernst: TEOREMA DE CALOR DE NERNST
  • 6. Cero absoluto El concepto de cero absoluto describe un estado en el cual la entalpía y la entropía de un gas ideal tienen como valor cero, es decir, es un estado en donde la temperatura es tan baja que cesa o casi cesa todo movimiento molecular y térmico de los átomos. Dicha temperatura es el famoso cero Kelvin o - 273.15 0C. En otras palabras, podemos decir que el cero absoluto es un estado con la mínima cantidad de energía posible. Matemáticamente hablando, podemos representar el cero absoluto de la siguiente manera: Donde: S: Es la entropía expresada en J/K. T: Es la temperatura en grados Kelvin. lim 𝑇→0 𝑆 = 0 El teorema o postulado de Nernst fue desarrollado por Walter Nernst entre los años 1906 y 1912. Dicho teorema establece lo siguiente: Es imposible para cualquier proceso, sin importar cuan idealizado esté, reducir la temperatura de un sistema al cero absoluto en un número finito de operaciones TEOREMA DE CALOR DE NERNST
  • 7. La tercera ley de la termodinámica está basada directamente en el teorema de Nernst, y a pesar de que esta ley rara vez se aplica en la vida cotidiana, rige la dinámica atómica y molecular a las temperaturas más bajas que existen. Además de esto, la tercera ley define a los “cristales perfectos”, los cuales, no poseen entropía alguna y sólo pueden ser alcanzados a la temperatura del cero absoluto. Importancia del teorema de Nernst y la tercera ley de la termodinámica TEOREMA DE CALOR DE NERNST
  • 8. Las principales aplicaciones para la tercera ley de la termodinámica son los conceptos de caliente y frío y el concepto de transferencia de calor, los cuales, veremos a continuación: Concepto de caliente y frío El concepto de frío no existe como tal, es cierto que es una experiencia sensorial que se relaciona con las bajas temperaturas, pero no es medible, sino que simplemente representa la ausencia de calor (energía calórica entrante al sistema). Aplicaciones del teorema de Nernst y la tercera ley de la termodinámica Concepto de transferencia de calor Para que exista la transferencia de calor (transferencia de energía calórica), debe existir una diferencia de temperatura entre dos puntos. Si esta diferencia de temperaturas no existe, no habrá transferencia de calor. Recordando el ejemplo anterior del cubo de hielo en la taza de café, se observa una variación de temperatura entre el café y el hielo, lo que provoca que las moléculas de café liberen energía hacia el hielo que se encuentra a una temperatura más baja, para buscar un equilibrio termodinámico. TEOREMA DE CALOR DE NERNST
  • 9. ENERGÍA DE GIBBS En termodinámica, la energía libre de Gibbs (o energía libre) es una función termodinámica, es decir, una función de estado extensiva (depende de la masa, aditiva) con unidades de energía(joule), que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constante). Respecto al significado de ∆G, se dice: • La condición de equilibrio es: ∆G = 0 • La condición de espontaneidad es : ∆G < 0 • El proceso no es espontáneo cuando : ∆G > 0
  • 10. Energía libre y Espontaneidad de las reacciones químicas • REACCIÓN NO ESPONTÁNEA • REACCIÓN ESPONTÁNEA
  • 11. Cálculo de la energía de Gibbs: Cuando se produce un proceso a temperatura T y presión P constantes, podemos reordenar y definir una nueva cantidad que se conoce como energía libre de Gibbs: Energía de Gibbs= 𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆 En donde H es la entalpía, T es la temperatura (en Kelvin, K) y S es la entropía. La energía libre de Gibbs se representa con el símbolo G, y normalmente tiene unidades de 𝑘𝐽 𝑚𝑖𝑙 −𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐 Cuando usamos la energía libre de Gibbs para determinar la espontaneidad de un proceso ,nos ocupamos solamente de los cambios en G, más que nada su valor absoluto. El cambio se escribe como Δ𝐺, y es la diferencia entre la energía libre de Gibbs de los productos, 𝐺𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 y la energía libre de Gibbs de los reactivos, 𝐺𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 y la energía libre de Gibbs de los reactivos, 𝐺𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 Δ𝐺 = 𝐺𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐺𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 Para un proceso a T y P constantes, podemos volver a escribir la ecuación para la energía de Gibbs en función de cambios en la entalpía (Δ𝐻𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎) y en la entropía (Δ𝑆𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎) de nuestro sistema Δ𝐺𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = Δ𝐻𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 − 𝑇Δ𝑆𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
  • 12. También podrás ver esta reacción escrita sin los subíndices que especifican que los valores termodinámicos son los del sistema (y no del interno o del universo) de modo que se entiende que los valores para Δ𝐻 𝑦 Δ𝑆 son siempre para el sistema de interés • Cuando Δ𝐺 < 0 el proceso es exergónico y ocurrirá espontanea en sentido directo para formar más productos • Cuando Δ𝐺 > 0 el proceso es endergónico y no es espontáneo en el sentido directo. Por el contrario, ocurrirá espontáneo en el sentido inverso para producir más reactivos • Cuando Δ𝐺 = 0 el sistema está en equilibrio y las concentraciones de productos y reactivos permanecerán constantes