El documento describe las propiedades de las sustancias puras y los diferentes estados de la materia. Explica que una sustancia pura puede existir en tres fases principales (sólido, líquido y gaseoso) y que la fase depende de factores como la temperatura y la presión. También define conceptos como vapor saturado, vapor húmedo y diferencia entre calor y trabajo.

1. TERMODINAMICA
PROPIEDADES DE SUSTANCIAS
PURAS
ASESOR EVALUADOR
ING. WILLIAM RUBER
VELAZQUEZ

2. Propiedades de las sustancias puras.
Una sustancia pura que tiene una composición química fija en cualquier
parte se le llama sustancia pura, el agua, nitrógeno y el hielo son
sustancias puras.
Una sustancia pura no debe de estar conformada por un solo elemento o
compuesto químico.

3. Fases de una sustancia pura.
Son 3 principales (solido, liquido, gaseoso), una sustancia puede
tener varias fases dentro de la principal, cada una con distinta
estructura molecular.
Por experiencia se sabe que las sustancias existen en fases diferentes,
a temperatura y presión ambiente, el cobre es un solido a
temperatura ambiente, el mercurio es un liquido a igual temperatura
y en nitrógeno un gas, pero en conclusiones distintas todos podrían
encontrarse en diferentes fases.

4. Liquido comprimido.
El agua existe en fase liquida y se le
denomina “liquido comprimido”, lo cual
significa que no esta apunto de
evaporarse.
Liquido saturado.
Un liquido que esta apunto de evaporarse
se llama “liquido saturado” .tenemos que
tomar en cuenta que aun no existe una
porción de vapor ya que en esta fase es
cuando esta a punto de comenzar a
crearse vapor.

5. Vapor húmedo.
Cuando nos referimos a vapor húmedo es
en el momento en que consideramos
cierto porcentaje de vapor en una mezcla
(liquido-vapor) y suele denotarse con una
X la cual se conoce como calidad.
Vapor saturado.
Es un vapor que esta en el punto en que
se va a condensar. Esta fase hace que la
sustancia este completa como vapor y es
necesario retirar calor.

6. El diagrama PVT
Es la representación en el espacio
tridimensional Presión - Volumen específico -
Temperatura de los estados posibles de un
compuesto químico.

7. Estos estados configuran en el espacio PVT una
superficie discontinua, debiéndose las discontinuidades
a los cambios de estado que sufre el compuesto al
variarse las condiciones de presión y temperatura, que
son las variables que suelen adoptarse como
independientes en los estudios y
cálculos termodinámicos, principalmente por la relativa
sencillez de su medida.

8. Vapor de agua
El vapor de agua es un gas que se obtiene
por evaporación o ebullición del agua líquida o
por sublimación del hielo. Es inodoro e incoloro.
Muy enrarecido, el vapor de agua es responsable de
la humedad ambiental. En ciertas condiciones, a
alta concentración, parte del agua que está en forma el
vapor se condensa constituyendo gotitas de agua
líquida en suspensión, y así se forma la niebla o, a
alturas mayores sobre el suelo, nubes.

9. Vapor de agua
Nombre sistemático Vapor de agua
Estado líquido Agua
Estado sólido Hielo, nieve
Propiedades1
Punto de licuefacción 100 °C
Constante individual gaseosa 461,5 J/(kg·K)
Calor latente de evaporación 2,27 MJ/kg
Masa molar 18,02 g/mol
Calor específico 1,84 kJ/(kg·K)0,48 cal/(g·°C)

10. El vapor de agua es un gas obtenido por evaporación de cierta cantidad de
agua en estado líquido, al igual que en el caso del aire seco es posible
asumir que se comporta como gas ideal en intervalos de presión y
temperatura moderados, generalmente inferiores a 0,03 bar y 65 ° C. Bajo
estas condiciones se calculan sus propiedades físicas.
Volumen específico del vapor de agua: El volumen específico se encuentra
en función de la temperatura y presión mediante la siguiente ecuación:

11. Donde R toma el valor de 461,52m3Pa/kgK, Vv es el volumen
específico en m3/kg, pv es la presión parcial del vapor de agua
y T es la temperatura absoluta en K.
Calor especifico del vapor de agua: Para un rango de
temperatura entre -70°C y 120°C se ha encontrado que es
posible trabajar con un calor especifico promedio para el vapor
de agua de 1,86kJ/kg°C. Sin embargo, recuerde que si requiere
mayor exactitud es conveniente calcular este valor a través de
la correlación polinómica basada en la temperatura.

15. DEFINICIÓN DE TRABAJO Y CALOR
Son intercambios energéticos que tienen lugar como
consecuencia de las interacciones que pueden experimentar los sistemas
termodinámicos. Tanto el calor como el trabajo son manifestaciones
externas de la energía y únicamente se evidencian en las fronteras de los
sistemas y solamente aparecerán cuando estos experimenten cambios
en sus estados termodinámicos.

16. En las interacciones que experimentan los sistemas,
estos pueden recibir o ceder energía. La energía se
considera como una magnitud algebraica
estableciéndose el siguiente criterio: trabajo que
proporciona el sistema positivo y el que recibe negativo.
Así mismo, el calor suministrado al sistema se considera
positivo y el cedido por él negativo.
Criterio de signos para el intercambio energético

17. TRABAJO
Definición mecánica de trabajo.
Es el producto de una fuerza por la distancia recorrida
en la dirección de la fuerza.

18. Definición termodinámica de trabajo.
Un sistema realiza trabajo durante un proceso si el único
efecto en el medio exterior pudiese ser el levantamiento de un peso.
Ejm: un sistema formado por una batería y un motor. En los límites
del sistema se observa el trabajo entregado por el motor a la rueda
de paletas. Si se sustituye la rueda de paletas por un conjunto de
peso-polea, el único efecto externo a la frontera del sistema será el
levantamiento de un peso

19. Ilustración del trabajo de la rueda de paletas.

20. TRABAJO DE UN SISTEMA
Consideremos un arreglo cilindro-pistón que
encierra una cierta masa de gas que ejerce presión
sobre la cara del pistón de superficie A. Si el pistón se
desplaza hacia la izquierda debido a la aplicación de
una fuerza F externa se dirá que los alrededores
ejercen trabajo sobre el gas y su valor infinitesimal
será:

21. Diciéndose en este caso que el gas ha sido comprimido.

22. Trabajo mecánico que se asocia con el movimiento de la
frontera de un dispositivo cilindro-pistón.
El trabajo se puede expresar como:

23. En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra
en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de
experimentar espontáneamente algún cambio de estado
o proceso termodinámico cuando está sometido a unas
determinadas condiciones de contorno (las condiciones que
le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse
simultáneamente en equilibrio térmico, equilibrio
mecánico y equilibrio químico.
TRABAJO CASI EN EQUILIBRIO

24. CALOR
Es la forma de energía que se transmite a través del
límite de un sistema que está a una temperatura a otro sistema
(o al medio exterior) a una temperatura mas baja debido a la
diferencia de temperatura entre los dos sistemas.
El calor es una función de trayectoria y su diferencial es
inexacta, luego

25. COMPARACION ENTRE CALOR Y TRABAJO
Calor y trabajo son, ambos, fenómenos transitorios. Los sistemas
nunca tienen calor o trabajo, pero cualquiera o ambos cruzan los
límites del sistema, cuando éste sufre un cambio de estado.
Ambos, calor y trabajo, son fenómenos de límite. Ambos se
observan solamente en los límites del sistema y ambos representan
la energía que cruza el límite del sistema.
Ambos, calor y trabajo, son funciones de trayectoria y diferenciales
inexactas.
Por convección +Q representa calor transferido al sistema y, que por
tanto, es energía añadida en él, y +W representa trabajo efectuado
por el sistema y esto representa energía que sale de él.

26. lustración para indicar diferencia entre calor y trabajo
La energía cruza los límites del sistema porque la temperatura de las
paredes es mayor que la temperatura del gas. El calor cruza los límites del
sistema. la electricidad cruza los límites del sistema. El trabajo cruza los
límites del sistema.

27. La transferencia de calor es el proceso de propagación del calor en distintos
medios. La parte de la física que estudia estos procesos se llama a su
vez Transferencia de calor o Transmisión de calor. La transferencia de
calor se produce siempre que existe un gradiente térmico o cuando dos
sistemas con diferentes temperaturas se ponen en contacto. El proceso
persiste hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que se igualan las
temperaturas. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos
o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no puede ser
detenida, solo puede hacerse más lenta.
TRANSFERENCIA DE CALOR

28. Una barra al rojo vivo transfiere calor al ambiente
principalmente por radiación térmica y en menor
medida por convección

29. La termodinámica es la ciencia que estudia la relación entre el calor y
otras formas de energía. El calor es energía en tránsito. Siempre que
existe un gradiente de temperatura en un sistema o se ponen en
contacto dos sistemas a diferente temperatura, se transfiere energía
entre ellos. Sabemos de esta transferencia, no porque la veamos, sino
por los cambios que se producen en el o los sistemas. La
Termodinámica, basándose en los estados de cada sistema desde un
punto de vista macroscópico, es decir, en función de atributos tales como
la presión, la temperatura y el volumen, que se pueden medir, determina
si ha habido cambios en la energía interna de los mismos. En
cumplimiento del Primer principio y descartada la interacción
de trabajo con el exterior, la variación de energía interna solo puede ser
debida a calor, es decir, a transferencia de energía de un sistema al otro.

30. Pero los parámetros macroscópicos solo se pueden medir, o tiene valor
su medida, si es homogénea en todo el sistema, lo que solo ocurre si
están en equilibrio. La termodinámica, por tanto, se ocupa de los
estados de equilibrio y en función de sus diferencias determina la
cantidad de energía transferida de un estado al otro, pero sin considerar
el mecanismo de flujo de calor ni la velocidad a la que se ha realizado la
transferencia. En un análisis termodinámico se sabe la cantidad de
energía necesaria para pasar de un estado al otro, pero no se conoce
cuánto tiempo ha requerido la transferencia, porque el tiempo no se
incluye como variable en el análisis.1 Esto es objetivo de otra rama de la
ciencia que se conoce como Transferencia de calor.

31. La Transferencia de calor como ciencia, tiene como objetivo
calcular: La velocidad de transferencia de calor para una diferencia de
temperatura específica, y no es una misión baladí, ya que casi
cualquier rama de la ingeniería encuentra problemas de transferencia
de calor que no podrían ser resueltos con, únicamente, el
razonamiento termodinámico.

32. Imagen tomada de una computación de convección en el manto terrestre,
los colores rojizos representan áreas más calientes y los más azules las
más frías

33. •Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio
material por contacto directo entre sus partículas, cuando existe una diferencia de
temperatura y en virtud del movimiento de sus micro partículas. El medio puede ser
sólido, líquido o gaseoso, aunque en líquidos y gases solo se da la conducción pura si
se excluye la posibilidad de convección. La cantidad de calor que se transfiere por
conducción, viene dada por la ley de Fourier. Esta ley afirma que la velocidad de
conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es
proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo.

34. La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un
proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos,
sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo de
mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el
primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para
conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad inversa de la
conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los
materiales para oponerse al paso del calor.
El segundo principio de la termodinámica determina que
el calor sólo puede fluir de un cuerpo más caliente a uno
más frío, la ley de Fourier fija cuantitativamente la relación
entre el flujo y las variaciones espacial y temporal de la
temperatura.

35. •Convección: La transmisión de calor por convección se compone de dos
mecanismos simultáneos. El primero es la transferencia de calor por conducción
debida al movimiento molecular, a la que se superpone la transferencia de energía
por el movimiento de fracciones del fluido que se mueven accionadas por una
fuerza externa, que puede ser un gradiente de densidad (convección natural), o
una diferencia de presión producida mecánicamente (convección forzada) o una
combinación de ambas. La cantidad de calor transferido por convección, se rige por
la ley de enfriamiento de Newton

36. •Radiación: se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos
o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor
por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las
superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. El
calor emitido por una superficie en la unidad de tiempo, viene dado por la ley de Stefan-
Boltzmann.

37. Se denomina radiación térmica o radiación calorífica a la
emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Todos los cuerpos
emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad
dependiente de la temperatura y de la longitud de onda
considerada. En lo que respecta a la transferencia de calor la
radiación relevante es la comprendida en el rango de longitudes
de onda de 0,1µm a 1000µm, abarcando por tanto la región
infrarroja del espectro electromagnético.
La materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un
espectro de radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por
radiación térmica es una función de densidad de probabilidad que
depende solo de la temperatura

38. •La radiación infrarroja de un radiador doméstico común o de un calefactor
eléctrico es un ejemplo de radiación térmica.
•La luz emitida por una lámpara incandescente. La radiación térmica se produce
cuando el calor del movimiento de partículas cargadas dentro de los átomos se
convierte en radiación electromagnética.
•La aplicación de la ley de Planck al Sol con una temperatura superficial de
unos 6000 K nos lleva a que el 99% de la radiación emitida está entre las
longitudes de onda 0,15 (micrómetros o micras) y 4 micras y su máximo,
dado por la ley de Wien, ocurre a 0,475 micras. Como 1 Å = 10-10 m = 10-
4micras resulta que el Sol emite en un rango de 1500 Å hasta 40000 Å y el
máximo ocurre a 4750 Å. La luz visible se extiende desde 4000 Å a 7400 Å.
La radiación ultravioleta u ondas cortas irían desde los 1500 Å a los 4000 Å y la
radiación infrarroja o radiación térmica u ondas largas desde las 0,74 micras a
4 micras.

39. Tipos de radiaciones:
•radiación de radio
•radiación de microondas
•radiación infrarroja
•radiación visible
•radiación ultravioleta
•radiación X
•radiación gamma (es la que emite más
energía y la más peligrosa)

40. Comemos
alimentos
Para mantener nuestras funciones
biológicas
Quemamos
combustibles
Para producir energía eléctrica
Para calentar nuestras casas
Para generar potencia en
aviones, trenes, automóviles.
Usamos cubitos
de hielo
Para enfriar bebidas
Usamos calor Para convertir masa cruda en
pan horneado

41. Todos estos ejemplos nos indican que las reacciones
químicas tienen algo en común:
Las reacciones químicas implican cambios de energía.
La combustión de la
gasolina libera
energía
La separación del agua en
hidrógeno y oxígeno,
requiere energía
El estudio de la energía y sus transformaciones se conoce
como TERMO DINÁMICA
Therme
“calor”
Dynamis
“Potencia”

42. La invención del termómetro
se atribuye a Galileo, aunque
el termómetro sellado no
apareció hasta 1650.
Los orígenes de la Termodinámica como ciencia podrían
establecerse en la época de la invención del termómetro, que
se atribuye a Galileo
En reacciones que se desarrollan bajo condiciones
controladas, la medición de las variaciones de temperatura
permite deducir los intercambios de calor (calores de
reacción).

43. Termómetro de cristal, basado en el principio
físico de que la densidad de un líquido cambia
según la temperatura, descubierto por Galileo
Galilei (1564-1642).
En función de los cambios de temperatura, las
bolas de cristal que se encuentran en el
interior del termómetro, se desplazan hacia
arriba o abajo, generandose dos zonas; una
en la parte superior y otra en la parte inferior.
Cada bola lleva una placa grabada con la
temperatura de correspondencia con la
densidad del líquido.
La temperatura ambiente es mostrada por la
bola mas baja del conjunto de bolas que se
encuentra en la zona superior del termómetro.
Rango de 18 a 24ºC (de 2 en 2 grados)

44. Los termómetros modernos
de alcohol y mercurio fueron
inventados por el físico
alemán Gabriel Fahrenheit,
quien también propuso la
primera escala de
temperaturas ampliamente
adoptada, que lleva su
nombre.
Punto de fusión del hielo 32ºF
Punto de ebullición del agua 212ºF.
212-32=180
(La magnitud del grado Fahrenheit es menor que la del grado centígrado)

45. La escala
centígrada, o
Celsius, fue
diseñada por el
astrónomo
sueco
Es utilizada en la mayoría de
los países.
El punto de congelación es 0
grados (0 ºC) y el punto de
ebullición es de 100 ºC.
Anders Celsius

46. Por último
la escala de temperaturas
absolutas o escala Kelvin, tiene
su cero a una temperatura de
–273.15ºC,
aunque la magnitud del grado
Kelvin es igual a la del grado
Celsius.
Para convertir una temperatura
en la escala Celsius (TC) en su
valor en la escala Kelvin (TK),
usamos la expresión:
TK = TC + 273.15

47. Este área de estudio se
desarrolló mucho con la
revolución industrial
Interesaba conocer las
relaciones entre calor, trabajo y
el contenido energético de los
combustibles.
Maximizar el rendimiento de las
máquinas de vapor
Científicos que
destacaron por la realización de investigaciones y
descubrimientos muy relevantes
en relación a la Termodinámica fueron, entre otros,
Boltzmann, Carnot, Clapeyron,
Clausius, Gibbs, Helmholtz, Hess, Joule, Kelvin, Maxwell…

48. Sistema y medio ambiente. Convenio de signos de
los intercambios energéticos. Condiciones estándar
Pueden ocurrir intercambios de
materia y/o energía entre sistema y medio ambiente,
pero éstos deben ser controlados.
“experimento”
sistema
medio ambiente

49. Tanto el calor que se
agrega al sistema como
el trabajo que se efectúa
sobre el sistema
son positivos
Tanto el calor perdido por
el sistema como el
trabajo efectuado por el
sistema sobre su entorno
son negativos
El convenio de signos para los intercambios de energía, en
forma de calor y trabajo, entre sistema y medio ambiente es el
siguiente:

50. Tanto el calor que se agrega al
sistema como el trabajo que se
efectúa sobre el sistema son
positivos
aumentan su energía.
Tanto el calor perdido por el sistema
como el trabajo efectuado por el
sistema sobre su entorno
son negativos;
reducen la energía del sistema.
q>0
w>0
q<0
w<0

51. q>0
w>0
q<0
w<0
E
EL QUÍMICO ES EL SISTEMA y lo ve desde dentro
El FÍSICO lo ve desde fuera

52. El químico ve el sistema desde dentro, como si EL fuese el sistema

53. Por ejemplo un sistema está en
equilibrio térmico con el medio
ambiente cuando no hay flujo
neto de calor entre ambas partes
del universo.
La Termodinámica se relaciona con los
estados de equilibrio.
Un estado de equilibrio es aquél en el que las propiedades
macroscópicas del sistema, temperatura, densidad,
composición química, etc., están bien definidas y no varían.
La Termodinámica permite discernir si es posible pasar de un
estado de equilibrio a otro, pero no la velocidad de dicha
transformación.

54. Ejemplos de funciones de estado
son:
temperatura, presión, volumen,
energía interna, entalpía, etc.
Para descripción de los sistemas termodinámicos se hace
obteniendo los valores de ciertas magnitudes llamadas
funciones de estado
Una función de estado es una propiedad del sistema que tiene
cierto valor definido para cada estado y es independiente de la
forma en que se alcanza este estado.
1
2
Una función de ESTADO:
NO DEPENDE DE LA HISTORIA DEL SISTEMA
SINO DE SU CONDICIÓN ACTUAL

55. Las propiedades termodinámicas de un sistema dependen de
las condiciones particulares del mismo.
Por ello se definen unas condiciones estándar, que
permiten establecer unos estados de referencia.
Ejemplo: para una muestra de gas dependen de la presión.

56. Dichas condiciones estándar, son las siguientes:
􀁸 Para gases puros o en una mezcla de gases, la presión
parcial de 105 Pa, suponiendo comportamiento ideal. El valor
de 105 Pa es ligeramente menor que 1 atmósfera.
􀁸 Para sustancias disueltas la concentración 1 molal
aproximadamente igual a 1 molar), suponiendo
comportamiento ideal.
􀁸 Para sólidos y líquidos puros su forma más estable bajo la
presión de 1 atmósfera.
Las condiciones estándar pueden darse para cualquier
temperatura.
No obstante las tablas de propiedades termodinámicas en
condiciones estándar suelen recoger datos correspondientes a
25ºC.

57. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, siglas en
inglés) publicó en su página web un glosario revisado en el 2000, en la
cual se definen los términos “Condiciones Normales” (Normal Conditions),
“Estándar” (Standard) y “Condiciones Estándares para los gases” (Standard
Conditions for Gases).
Estándar: Es un valor exacto o un concepto establecido por autoridad o
por acuerdo, que sirve como modelo o regla en la medición de una
cantidad o en el establecimiento de una práctica o procedimiento, en el
análisis de la contaminación del aire, o el uso de los gases, líquidos y
sólidos de referencia estándar para calibrar equipos.
Condiciones Estándares para Gases: A veces se indica con la
abreviación STP. Temperatura: 273,15 K (0ºC). Presión: 105 pascales. La
IUPAC recomienda descontinuar el uso inicial de la presión de 1 atm
(equivalente a 1,01325 x 105 Pa) como presión estándar.

58. Condiciones Normales: Es un término cualitativo que depende de la
preferencia del investigador; a menudo implica la presión del ambiente y la
temperatura del lugar. Es preferible que estas variables de temperatura y
presión sean fijadas como valores representativos de las condiciones
actuales (o rango de condiciones) empleadas en el estudio.
CONCLUSIÓN
Para fines prácticos no hay una diferencia significativa entre
1,01325x105Pa y 105 Pa. Podemos seguir empleando la presión de 1 atm
para cálculos que no requieran un rigor científico.
De acuerdo a las definiciones anteriores, podemos resumir lo siguiente:
Condiciones Estándares: 1 atm y 0ºC.
Condiciones Normales: Presión y Temperatura del lugar. Depende de las
condiciones a las cuales se esté haciendo el experimento, estudio o
medición; comúnmente para la presión es 1 atm, y la temperatura: 15ºC,
20ºC, 25ºC ó 27ºC.

59. Energía interna, calor y trabajo
La energía interna de un sistema, E, puede definirse como la
suma de todas las energías de las partículas, (átomos o
moléculas), que constituyen dicho sistema.
A causa de la gran variedad de tipos de
movimientos e interacciones, no es posible
determinar la energía exacta de ningún
sistema de interés práctico.
Normalmente estamos más interesados en determinar las
variaciones de E en un proceso dado.
Estas variaciones se producen por intercambios de calor y/o
trabajo.

60. Joule comprobó en un experimento célebre
que se podía obtener el mismo incremento de
temperatura de una masa de agua
calentando (aportando calor al sistema),
o bien agitando
dicha masa de agua mediante unas paletas,
pero sin calentar (es decir realizando trabajo
sin aportar calor).
Ello demuestra que se puede modificar la
energía interna de un sistema, (pasar de un
estado E1 a un estado E2), mediante
intercambios de calor y/o intercambios de
trabajo.

61. el calor y el trabajo
intercambiados en un
proceso no son funciones de
estado (su valor depende de
la forma en que se realice el
proceso).
El calor y el trabajo sólo son formas de intercambio de
energía.
Por tanto la energía interna es una función de estado del
sistema (su valor sólo depende de los estados inicial y final),

62. La cantidad de calor intercambiado para pasar una cierta
cantidad de materia de una temperatura T1 a otra T2 será
pues:
Q = n Cp (T2 – T1)
Donde n es el número de moles de la muestra.
Intercambios de calor
Se define la CAPACIDAD CALORÍFICA de una
sustancia como la cantidad de calor a
aportar para elevar en un grado Kelvin la
temperatura de un mol de dicha sustancia.
UTILIZAREMOS LA CAPACIDAD CALORÍFICA PARA PROCESOS QUE
OCURREN A PRESIÓN CONSTANTE, Cp.
Sus unidades en el Sistema Internacional de unidades (SI) son J/( mol K). Las capacidades
caloríficas se supondrán invariantes con la temperatura, aunque en rigor son dependientes de T.

63. También se suele utilizar el calor específico (CE) en los
cálculos de intercambios de calor.
CE se define como la cantidad de calor necesaria para elevar
en un grado Kelvin la temperatura de un gramo de una
determinada sustancia.
Por ejemplo el calor específico del
agua es de 1 caloria/(g ºK) o 4.18
J/(g ºK).
Cuando se utiliza CE el cálculo del
calor intercambiado se realiza
mediante la expresión:
Q = m CE (T2 – T1)
Donde m es la masa de la muestra.

64. Durante los cambios de fase,
(vaporización, fusión, etc.), se
intercambia calor sin variación de
temperatura.
Estos intercambios se cuantifican a
partir de los calores latentes de
cambio de estado.
Por ejemplo Qvap, expresado en J/mol, representaría la
cantidad de calor necesaria para vaporizar un mol de una
sustancia.
Q = n Qcambio estado

65. Durante los cambios de fase, (vaporización, fusión, etc.), se
intercambia calor sin variación de temperatura.
Estos intercambios se cuantifican a partir de los calores
latentes de cambio de estado.
Por ejemplo Qvap, expresado en J/mol, representaría la
cantidad de calor necesaria para vaporizar un mol de una
sustancia.
Q = n Qcambio estado

66. Medida de los intercambios de calor en las
reacciones químicas
vamos a ver la forma en que se puede medir experimentalmente el calor
intercambiado en algunas reacciones químicas
Ciertas reacciones químicas
desprenden calor, que va a
parar al medio ambiente.
según el convenio de signos,
consideramos el calor de
dichas reacciones como
negativo Q < 0
reacciones exotérmicas
Otras reacciones necesitan
absorber calor del medio
ambiente para producirse.
Según el convenio de
signos, consideramos el
calor de dichas reacciones
como positivo Q > 0
reacciones endotérmicas.

67. Para la medida de los calores de reacción se utilizan los
calorímetros.
En el caso de las
reacciones de combustión
se utiliza una bomba
calorímetrica.
consta de un recipiente de acero
que se puede cerrar
herméticamente, sumergido en
una masa de agua ma que está
aislada del exterior (por ejemplo
mediante una pared de aire) para
evitar pérdidas de calor. La masa
del recipiente de acero la
denominaremos masa del
calorímetro (mc).

68. El recipiente de acero va provisto
de un portamuestras donde
colocamos la sustancia que va a
experimentar la combustión
una resistencia eléctrica realiza la
ignición de la muestra
una entrada de gas oxígeno en
exceso para la combustión
Se utiliza un termómetro para medir la variación que
experimenta la temperatura del agua y el calorímetro a
consecuencia del calor intercambiado por la reacción química.

69. si la reacción química libera calor éste será absorbido en su
totalidad por el agua y el calorímetro,
aumentando su temperatura desde un valor inicial T1 a un
valor final T2.
Si conocemos los calores específicos del agua (Ca) y del acero del
calorímetro (Cc) podremos calcular el calor intercambiado por la reacción.
un sistema es la reacción otro sistema: el conjunto de
agua y calorímetro
DEBEMOS TENER EN CUENTA
para una reacción
exotérmica
(Qreacción < 0)
aumentarán su
temperatura ya que
absorben calor, siendo
dicho calor positivo

70. LAS REACCIONES QUE OCURREN EN LA BOMBA CALORIMÉTRICA SE
PRODUCEN A VOLUMEN CONSTANTE
(no hay expansión de gases)
Entonces se cumple:
Q liberado por la reacción - Q absorbido por el agua y
calorímetro
Qreacción = - (ma Ca + mc Cc) (T2 – T1)
En ocasiones para simplificar, el producto mc Cc se expresa como la
constante del calorímetro (kc), cuyas unidades son J/ºK quedando la
expresión como:
Qreacción = - (ma Ca + kc) (T2 – T1)
=

71. Otros tipos de calorímetros útiles para otro tipo de reacciones,
por ejemplo reacciones de disolución o de neutralización entre
un ácido y una base.
En estos casos se puede utilizar el calorímetro
de Berthelot o bien una variante simplificada
En este tipo de calorímetros el cierre no es hermético, por lo
que la reacción se produce a presión constante.
Calorímetro de
Berthelot
consistente en dos vasos de espuma
de poliestireno, anidados uno
dentro del otro, en el más interno se
realiza la reacción y la cámara de
aire entre ambos evita las pérdidas
de calor.

72. Trabajo producido por las reacciones químicas
ES POSIBLE OBTENER TRABAJO A PARTIR DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

73. Por ejemplo para la expansión de un gas en un émbolo bajo
presión externa constante, (es el caso de la máquina térmica
de vapor), el trabajo realizado por el sistema sobre el medio
ambiente será:
W = - PV
Donde P es la presión externa e DV es la expansión de
volumen experimentada por el émbolo.

74. INVESTIGACIÓN
PRIMER PARCIAL
Investigar y desarrollar los siguientes
temas:
• Reacciones exotérmicas
• Reacciones endotérmicas
• Motivos y alcances ecológicos sociales y
económicos de la Catástrofe en Bhopal
India
CRITERIOS:
• HOJA DE PRESENTACIÓN
• INDICE
• INTRODUCCIÓN (PERSONAL)
• DESARROLLO
• CONCLUSIÓN (PERSONAL)
• BIBLIOGRAFIA
FORMATO:
• ARIAL 12
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