Primera ley de la termodinámica química

En todo fenómeno químico, la suma algebraica de todos los cambios de energía que se producen durante el fenómeno es igual a cero.

Se observa que esta ley es otra forma de expresar el principio de conservación de la energía: esta no puede ser creada ni destruida.

Supongamos una masa gaseosa V1 encerrada en un cilindro, a una presión P1 y a una temperatura T1.

Si llevamos al sistema a una nueva temperatura T2 el gas se dilatará, realizando un trabajo L, absorbiendo calor, aumentando, por consiguiente, su energía interna, de un valor U1 a uno nuevo U2.

Aplicando el principio de conservación de la energía:

Q = L + ΔU

O sea que, el calor entregado al sistema es igual a la suma del trabajo realizado por el sistema y la variación de la energía interna.

Esta es la expresión matemática de la primera ley de la termodinámica que puede enunciarse así:

La primera ley enuncia que, la cantidad de calor (Q) entregada a una masa de gas, es igual al trabajo (L) que realiza ese gas al expandirse, más la variación de su energía interna (ΔU).

Esquema de aplicación de la primera ley de la termodinámica

Transformación isocora

Se denomina así a una transformación en la que el gas no experimenta cambio de volumen.

Al no haber cambio de volumen, la expresión de la primera ley:

Q = L + ΔU

Se transforma en:

Q = ΔU

Pues el sistema no realiza trabajo.

El calor que se le ha suministrado al sistema, lo ha utilizado éste para aumentar su energía interna.

Transformación adiabática

Se llama así, a toda transformación en la que el sistema no intercambia calor con el medio.

Se puede lograr esta transformación aislando térmicamente al sistema o realizando la transformación rápidamente.

En este caso la expresión de la primera ley:

Q = L + ΔU

Se transforma en:

0 = L + ΔU

L = -ΔUoΔU = -L

El significado de estas expresiones es:

El trabajo realizado por o sobre el sistema, se convierte en energía interna, aumentando ésta en el primer caso y disminuyendo en el segundo.

Bibliografía:

Héctor Fernández Serventi. "Química general e inorgánica". Losada S. A., Buenos Aires.

Robert C. Smoot y Jack Price. "Química, Un curso moderno". Compañía Editorial Continental S. A., México.

Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina

Calor, trabajo y energía interna en las transformaciones químicas

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