TEMA 0_BIOT FQII Conceptos basicos 23-24.pptx

Conceptos basicos de fisioquimica, para alumnos en areas de ciencias de la salud.

1. TEMA 0 CONCEPTOS BÁSICOS

2. 2 Termodinámica es la ciencia del calor CONCEPTOS BÁSICOS TERMODINÁMICOS Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) Se basa en una serie de principios que resumen y generalizan las observaciones de la naturaleza. Las leyes obtenidas a partir de estos principios, utilizando desarrollos matemáticos sencillos, son fiables ya que no se han encontrado en la naturaleza situaciones que los contradigan . Es una ciencia experimental : los resultados y leyes derivados de sus principios pueden expresarse utilizando magnitudes medibles en el labo (relacionadas entre sí). Es una ciencia macroscópica (en su versión clásica). Trata de sistemas no de moléculas Estudi o de los efectos mecánicos producidos por el calor Termodinámica estadística

3. 3 Estudia las relaciones entre las propiedades de un sistema en equilibrio y los cambios que estas propiedades sufren debido a los procesos CONCEPTOS BÁSICOS TERMODINÁMICOS

4. 4 SISTEMA EQUILIBRIO PROPIEDADES O VARIABLES TERMODINÁMICAS PROCESOS O TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS ECUACIONES DE ESTADO CONCEPTOS BÁSICOS TERMODINÁMICOS

5. 5 CONCEPTOS BÁSICOS: sistema UNIVERSO SISTEMA ENTORNO LÍMITE (pared) del sistema (real o no) Sistema : Parte del Universo objeto de estudio Entorno (o alrededores): Parte del Universo que puede interaccionar con el sistema TIPO DE INTERACCIONES

6. 6 SISTEMA AISLADO SISTEMA CERRADO SISTEMA ABIERTO Según sean las interacciones entre el sistema y el entorno: CONCEPTOS BÁSICOS: sistema Pueden intercambiar materia y energía en forma de calor (Q) o trabajo (W) Solo puede intercambiar energía (como Q o W) No intercambia ni materia ni energía

7. Sistema Entorno Pared Las paredes se clasifican en : a) PERMEABLES e IMPERMEABLES Los sistemas se encuentran encerrados entre paredes REALES o IMAGINARIAS. CONCEPTOS BÁSICOS: sistema b) MÓVILES y RÍGIDAS c) ADIABÁTICAS y NO ADIABÁTICAS/ DIATÉRMICAS

8. 8 a) PERMEABLES e IMPERMEABLES Permeable: permiten el paso de materia Impermeable: no permiten el paso de materia CONCEPTOS BÁSICOS: sistema abierto cerrado / aislado ¡¡¡¡ Las membranas celulares son paredes semipermeables !!!!!!

9. 9 No adiabáticas, diatérmicas o térmicamente conductoras: Sí permiten paso de calor Adiabáticas: NO permiten paso de calor c) ADIABÁTICAS y DIATÉRMICAS rígidas: el sistema no puede cambiar de volumen (V = cte ; sistema ISOCORO ) móviles: el sistema puede cambiar de volumen b) MÓVILES y RÍGIDAS Pero ¿qué es el calor? CONCEPTOS BÁSICOS: sistema

10. 10 RÍGIDA (sistema isocoro ) IMPERMEABLE ADIABÁTICA CONCEPTOS BÁSICOS: sistema SISTEMA ENTORNO Pared SISTEMA AISLADO UNIVERSO

11. Termodinámica de equilibrio trata los sistemas en equilibrio (en reposo) CONCEPTOS BÁSICOS: equilibrio térmico (T), mecánico (P) y material

12. 12 MECÁNICO : Tanto las fuerzas que actúan sobre el sistema como la existentes en el interior están equilibradas. sistema entorno CONCEPTOS BÁSICOS: tipos de equilibrio No hay movimientos macroscópicos en el interior del sistema NI DE LA PARED como consecuencia de una fuerza no compensada

13. 13 TÉRMICO Entre sistema y entorno: No existe variación en las propiedades (Temperatura) de las dos zonas del sistema No existe variación en las propiedades (Temperatura) del sistema y del entorno sistema entorno pared térmicamente conductora Entre dos zonas de un sistema: sistema entorno pared térmicamente conductora CONCEPTOS BÁSICOS: tipos de equilibrio

14. 14 Químico : No existen reacciones químicas globales en el sistema (la composición es estable). De Fases : No hay transferencia neta de materia de una zona a otra del sistema o entre el sistema y sus alrededores MATERIAL sistema entorno sistema entorno CONCEPTOS BÁSICOS: tipos de equilibrio Las concentraciones de todas las especies son ctes . en las distintas zonas del sistema

15. 15 Son las propiedades macroscópicas que la TD define, cuantifica y mide para describir un sistema en equilibrio Tipos de propiedades TD: EXTENSIVAS: su valor es igual a la suma de sus valores en las distintas partes del sistema INTENSIVAS: su valor no depende de la cantidad de materia del sistema     CONCEPTOS BÁSICOS: VARIABLES TERMODINÁMICAS Si al dividir vuestro sistema en dos partes la variable queda dividida también, entonces es EXTENSIVA ( ej : masa, V, n)

16. 16 Ahora se pueden clasificar los sistemas en: HOMOGÉNEOS : cada propiedad macroscópica INTENSIVA es constante a lo largo del sistema. HETEROGÉNEOS : el sistema consta de una serie de partes HOMOGENEAS llamadas FASES. HOMOGÉNEO HETEROGÉNEO CONCEPTOS BÁSICOS: VARIABLES TERMODINÁMICAS

17. 17 ESTADO de un sistema TD se define ¡DEBE ESTAR EN EQUILIBRIO! especificando los valores de sus propiedades termodinámicas Propiedades INDEPENDIENTES → Propiedades DEPENDIENTES P, V, T (fáciles de medir experimentalmente) CONCEPTOS BÁSICOS: VARIABLES TERMODINÁMICAS Pero ¿cuántas propiedades mido? ¡¡¡¡RELACIÓN MATEMÁTICA!!!

18. 18 Ejemplo: sistema formado por una única fase (1F) y una cantidad cte de una sustancia (1C) Son suficientes 2 propiedades termodinámicas (P, T) Están en el mismo estado termodinámico Propiedad termodinámica = FUNCIÓN DE ESTADO 5g de H 2 O 1 atm 25ºC Tienen los mismos valores para CADA propiedad termodinámica CONCEPTOS BÁSICOS: VARIABLES TERMODINÁMICAS Murcia Vallecas 5 g de agua a 25 ºC en:

19. 19 CONCEPTOS BÁSICOS: VARIABLES TERMODINÁMICAS Las propiedades termodinámicas son FUNCIONES DE ESTADO : Solo dependen del estado inicial (E ) y final ( E f ) del sistema, pero no del camino que nos permite llegar a dicho estado. Tienen DIFERENCIAL TOTAL EXACTA (Cumplen con el teorema de las derivadas cruzadas). E E F

20. 20 CONCEPTOS BÁSICOS: VARIABLES TERMODINÁMICAS

21. 21 CONCEPTOS BÁSICOS: VARIABLES TERMODINÁMICAS diferencial total exacta Ejercicio: Demuestre que las variables intensivas P, T y V son funciones de estado PV = nRT

22. 22 Es el paso de un estado termodinámico a otro estado termodinámico Durante el proceso el sistema NO se encuentra en equilibrio ↓ Alguna FUNCIÓN DE ESTADO está cambiando Los cambios de valor experimentados por las FUNCIONES DE ESTADO debido a un proceso depende: SOLO de su valor en el estado inicial y final del sistema NO del camino seguido a lo largo del proceso   CONCEPTOS BÁSICOS: PROCESOS TERMODINÁMICOS Suma de todos los cambios infinitesimales a lo largo de la trayectoria; INDEPENDIENTE DE LA TRAYECTORIA

23. 23 Existen 2 formas de verificarse los procesos: IRREVERSIBLE La función de estado que está cambiando tiene en todo momento un valor para el SISTEMA que se diferencia en una cantidad finita del valor para el ENTORNO El sistema pasa del estado inicial al final por estados de NO EQUILIBRIO  sólo podemos conocer el estado inicial y el final P e P e P i Dejar el émbolo libre (levantamos la mano) P i Proceso: CONCEPTOS BÁSICOS: PROCESOS TERMODINÁMICOS P i >> Pe P i = Pe Procesos naturales, espontáneos

24. 24 REVERSIBLE La función de estado que está cambiando tiene en todo momento un valor para el SISTEMA que se diferencia en una cantidad infinitesimal del valor para el ENTORNO Los estados intermedios son estados de equilibrio → Se puede conocer en todo momento el estado del sistema Ir quitando arena del cubo grano a grano P e P i Proceso: P e P i CONCEPTOS BÁSICOS: PROCESOS TERMODINÁMICOS P i >> Pe P i = Pe Procesos hipotéticos

25. 25 Existen muchos CAMINOS para ir de un estado a otro, pero algunos procesos resultan especialmente interesantes: ISOBÁRICO P= cte ∆ P sist = 0 ISOTÉRMICO T = cte ∆ T sist = 0 ISOCÓRICO V = cte ∆ V sist = 0 ADIABÁTICO No se transfiere calor entre el sistema y el entorno CÍCLICO El estado final coincide con el inicial CONCEPTOS BÁSICOS: PROCESOS TERMODINÁMICOS No existe cambio en ninguna propiedad TD del sistema

26. 26 Son relaciones matemáticas que se establecen entre las funciones de estado y que dependen del tipo de sistema CONCEPTOS BÁSICOS: ECUACIONES DE ESTADO Ejemplos: GAS IDEAL ó Si se escribe la ecuación de estado utilizando sólo variables intensivas: T, P y   GAS DE VAN DER WAALS  volumen molar de un sistema puro (1C) de una sola fase (1F) En los gases reales, líquidos y sólidos las ecuaciones de estado incluyen más términos para considerar las fuerzas intermoleculares que no aparecen en los gases ideales

27. 27 CONCEPTOS BÁSICOS: ECUACIONES DE ESTADO GAS IDEAL Representaciones gráficas PV = nRT V P T P

28. 28 CONCEPTOS BÁSICOS: ECUACIONES DE ESTADO GAS IDEAL Representaciones gráficas PV = nRT T V