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Subido el 13 de enero de 2025 por M. Jesús V.

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energía y sus transformaciones. Siguiendo con la clase del día pasado, veíamos los 00:00:00
intercambios de energía. Decíamos que en los sistemas cerrados podía haber intercambio 00:00:08
de energía entre el sistema y los alrededores. Entonces, este intercambio de energía entre 00:00:13
el sistema y el interno solo puede tener lugar de dos maneras, realizando trabajo o intercambiando 00:00:20
calor vale mejoración de una fuerza entonces ese trabajo es igual a la fuerza por el despliegue 00:00:29
una fuerza entonces ese trabajo es igual a la fuerza por el desplazamiento w es el trabajo 00:00:36
efe la fuerza y de la distancia vale este es el esquema del trabajo realizado por una fuerza 00:00:43
constante. El calor se intercambia cuando existe una diferencia de temperatura entre 00:00:52
el sistema y el entorno. Entonces, esa variación de energía es igual a la energía final menos 00:01:00
la energía inicial. Incremento de E es la variación o incremento de energía que ha 00:01:07
experimentado el sistema, SUF es la energía final del sistema, SUI es la energía inicial 00:01:15
y también podemos escribir el principio de la termodinámica como la variación de energía 00:01:22
que experimenta en un sistema es igual a la suma del trabajo más el calor. 00:01:30
Incremento de, hemos dicho que es la variación o incremento de energía, W el trabajo y Q 00:01:37
el calor, que ahora lo veremos de nuevo, este primer principio de la termodinámica con 00:01:43
el criterio de signos. Las unidades de energía, calor o trabajo son las mismas. En el sistema 00:01:49
internacional, el julio, aunque también utilizamos la caloría. Decimos que una caloría es igual 00:01:56
a 4,18 julios. Utilizamos también la kilocaloría. Una kilocaloría es igual a 4,18 kilojulios 00:02:05
o podemos decir que un julio es igual a 0,24 calorías también. Es lo mismo. Hay dos tipos 00:02:15
de procesos según sea el intercambio de energía. Y esta es positiva. Considera positiva. Y 00:02:24
Y esta es positiva, se considera positiva. 00:02:34
El proceso esotérmico, cuando el sistema desprende energía en forma de calor, y esta es negativa, el signo es negativo. 00:02:37
Vamos a ver sobre los intercambios. 00:02:48
La energía en tránsito es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro en virtud de una diferencia de temperatura. 00:02:50
Está asociado al movimiento molecular, es decir, la transferencia de energía entre dos cuerpos que están a distancia. 00:03:05
Una caloría es la energía térmica necesaria para elevar un gramo de agua, es decir, para que un gramo de agua se eleve en un grado, desde 14,5 hasta 15,5 grados centígrados. 00:03:13
Entonces, como acabo de decir, el calor se considera como energía en tránsito a través de la frontera que separa a un sistema de su entorno. 00:03:39
Es la energía en tránsito entre dos o más cuerpos por fuerzas aplicadas. 00:03:50
Es una forma de energía mecánica transformable en calor y cualquier forma de energía. 00:03:55
Y se mide en julios. 00:04:00
En aquellos casos en que aparentemente no se cumple el principio de conservación de la energía mecánica, lo que en realidad sucede es que parte de dicha energía se disipa en virtud de los rozamientos y se transforma en calor. 00:04:02
Entonces, el físico Joule fue el que se dio cuenta de la equivalencia que existe entre calor y trabajo 00:04:16
Ya que el calor se expresa en calorías y el trabajo en julios, pues es necesario establecer una relación entre ambas unidades 00:04:24
Entonces, una caloría es igual a 4,18 julios 00:04:32
Este es el equivalente mecánico del calor 00:04:37
Según el cual, Joule introdujo un efecto mecánico 00:04:41
Lo que ocurrió es que haciendo girar el sistema 00:04:46
Disipó energía mecánica provocando un aumento de la temperatura del líquido 00:04:54
Por lo tanto, las unidades de calor son las de trabajo y energía 00:04:58
Entonces, hablamos de energía interna para ver el concepto 00:05:05
Decimos que todo sistema tiene un contenido energético. Las moléculas que forman el sistema tienen distintos tipos de energía. Energía cinética, de traslación, de rotación, de vibración, etc. Las partículas cargadas del átomo tienen energía potencial eléctrica. 00:05:11
Entonces, la suma de todas las energías que poseen las moléculas y átomos de un sistema constituyen lo que llamamos la energía interna del sistema, ¿vale? 00:05:31
Entonces, la energía total o energía interna que poseen los cuerpos puede variar por dos procesos distintos. 00:05:41
O bien, porque el cuerpo intercambia calor con otros a distintas temperaturas, hemos dicho que el calor es una energía en tránsito, 00:05:51
que se transfiere siempre del cuerpo más caliente al más frío, 00:05:58
el que está a más temperatura al que está a menos temperatura, 00:06:04
o también se hace cierto trabajo por fuerzas aplicadas. 00:06:08
El calor, al igual que el trabajo, se considera en termodinámica como una energía en tránsito 00:06:16
a través de la frontera que separa un sistema de su entorno, ¿vale? 00:06:23
Un simple contacto, el simple contacto... 00:06:31
En termodinámica, las cantidades de calor y trabajo no están asociadas a un sistema, sino al proceso de interacción del sistema con su ambiente, ¿vale? 00:06:34
Entonces, durante este proceso de interacción, lo mismo puede suceder o recibir trabajo sobre él. 00:06:58
Entonces, para distinguir estas dos posibilidades, se utiliza el siguiente criterio de signos. 00:07:11
El calor es positivo si el sistema cede calor al ambiente, si va el calor de dentro para afuera. 00:07:17
El trabajo es positivo y el trabajo es negativo si el sistema realiza este trabajo sobre el ambiente. 00:07:39
El principio de la termodinámica fue una aplicación particular del principio de conservación de la energía. 00:08:00
Es una explicación particular del principio de conservación de la energía. 00:08:07
Entonces, a la hora de evaluar la energía total de un sistema, hay que tener en cuenta los tres tipos de energía. 00:08:15
Energía calorífica Q, energía mecánica trabajo E, energía interna U, debiendo existir una relación entre ellas. 00:08:24
Esta relación se expresa en el primer principio de la termodinámica, que matemáticamente se puede expresar como variación de energía, la llamamos interna, como la suma de energía interna de un sistema. 00:08:35
Esa variación, incremento de U, es la suma del calor intercambiado, el intercambio de calor Q entre el sistema y los alrededores y el trabajo realizado sobre o por el sistema. 00:08:54
Entonces, incremento de U, ya repasamos, vimos algo sobre las ecuaciones de la energía y sus transformaciones. 00:09:11
Ahora lo volveremos a repasar brevemente entre el estado inicial y el final. 00:09:20
Como he dicho, este calor puede ser absorbido o bien puede ser cedido. 00:09:31
Ya sabemos que cuando el calor es cedido por el sistema, entonces ese calor es negativo. 00:09:36
Cuando es absorbido, ese calor es positivo. 00:09:44
En esta ecuación, aquí consideramos que el sistema aumenta o disminuye su temperatura, ¿vale? 00:09:47
Pero no hay cambio de estado. 00:09:56
Entonces, ese calor es igual a la masa por el calor específico y por la diferencia de temperatura. 00:09:58
En esta fórmula tenemos Q calor, M masa, C su E es el calor específico, ¿vale? 00:10:08
Y incremento de T es temperatura final menos inicial, ¿vale? 00:10:15
Es variación o incremento de temperatura. 00:10:21
T su F, temperatura final. 00:10:24
T su I, temperatura inicial. 00:10:26
¿Pero qué es el calor específico? 00:10:29
Pues es la cantidad de calor necesaria que necesitamos para aumentar en un grado centígrado la temperatura de una masa de un gramo. 00:10:31
Por eso las unidades serían, por ejemplo, el calor específico del agua es una caloría dividido, o sea, una caloría por cada gramo que se calienta y grado centígrado que aumenta su temperatura, ¿vale? 00:10:41
Cuando hagamos ejercicios lo volveremos a ver. El calor específico del agua es bastante alto, que es una caloría partido por gramo, grado centígrado. Necesitamos que ese gramo que se calienta eleve su temperatura en un grado centígrado. 00:10:59
Para intercambios se calienta, eleve su temperatura en un grado centígrado 00:11:14
Para calcular intercambios de calor en los cambios de estado 00:11:19
Sabemos que los cambios de estado se realizan a temperatura constante 00:11:25
No hay variación de la temperatura entre los estados inicial y final 00:11:35
Mientras realiza el cambio es igual a la masa 00:11:39
de la sustancia que queremos que cambie de estado, 00:11:42
igual a la masa de la sustancia que queremos que cambie de estado, 00:11:46
por ese CSUI, lo vamos a llamar, podemos llamarlo después, 00:11:51
lo veremos calor de vaporización, calor de fusión. 00:11:58
Ese CSUI es el calor del intercambio, el calor del cambio de estado. 00:12:01
Luego ese calor del cambio de estado se refiere, vamos a ver, 00:12:07
Las unidades son calorías por cada gramo. ¿Por qué lo multiplicamos por la masa? Porque si tenemos 500 gramos, pues si necesitamos X calorías por cada gramo, al multiplicarlo por cada gramo, al multiplicarlo por M, por ejemplo, un número de gramos, pues ya nos da un calor mucho mayor, ¿vale? 00:12:12
Entonces, como hemos dicho, ese CSUI es el calor del cambio de estado, que puede ser CSUF, calor de fusialor, que se necesita para hacer el cambio de estado de un gramo de sustancia. 00:12:31
Por eso las unidades son calorías por cada gramo. Para fundirse el hielo necesita, es aproximadamente 80, necesitamos 80 calorías por cada gramo de hielo que funde. La fusión se realiza, sabemos, a cero grados, a temperatura constante. Por eso en las unidades de ese calor de cambio de estado no aparece en la temperatura, porque es la temperatura constante. 00:12:50
Tenemos aquí los ejemplos que el calor que sube del agua, calor de vaporización, son 540 calorías por cada gramo. 00:13:16
Quiere decir, para que un gramo de agua que está a 100 grados pase de líquido a vapor, es decir, está a 100 grados y pase a vapor también a 100 grados, pero que el cambio de estado sea de líquido a vapor. 00:13:25
¿Vale? Entonces hay que aportar, porque este cambio de estado es progresivo, necesita calor, hay que aportar 540 calorías. El calor de fusión del hielo son 80, necesitamos 80 calorías por cada gramo de hielo que funde. 00:13:40
¿Vale? Quiere decir que para que un gramo de hielo, que está a cero grados, pase sólido a líquido, pase de hielo sólido, pase a agua líquida, hay que aportar 80 calorías. 00:13:57
En este caso, como es un calor absorbido, es positivo. 00:14:12
Ya haremos ejercicios de todo esto, ¿vale? 00:14:16
Bueno, repasemos un poquito aquí en la presentación que tenéis la energía y sus transformaciones. 00:14:20
Decíamos que la energía es la capacidad de los cuerpos para realizar transformaciones en ellos mismos y en otros cuerpos. 00:14:27
Entonces, en termodinámica se relaciona la variación de energía en un proceso con el calor y el trabajo realizado mediante esta expresión. 00:14:38
¿Vale? Donde incremento de E era la variación o incremento de energía interna, W era el trabajo y Q el calor. 00:14:50
La unidad de medida en el sistema internacional de la energía es el julio. 00:14:59
¿Cuánto es el julio con la caloría? Pues una caloría son 4,18 julios. 00:15:05
Esta es la ecuación que decía en el principio de la termodinámica, que la variación de energía que experimenta el sistema es igual a la suma del calor y el trabajo. 00:15:10
Entonces, ese trabajo, la forma de expresar el trabajo, el trabajo mecánico, decíamos que era igual a la fuerza por el desplazamiento, 00:15:23
Y en este caso, el termodinámico se expresaba como menos el producto de la presión por el incremento de V, volumen. 00:15:33
Hablamos de como la masa, por el calor específico, por el incremento de temperatura. 00:15:46
En este caso decíamos que no había cambio de estado y cuando hay cambio de estado, ese calor es igual a la masa por el calor del cambio de estado. 00:15:53
Decíamos también que aplicábamos un criterio de signos, el IUPAC, que decíamos que el trabajo se considera positivo cuando se realiza sobre el sistema y el calor se consideraba positivo cuando el sistema recibe calor. 00:16:03
Sin embargo, si el sistema cede calor, cede trabajo, realiza trabajo sobre los alrededores, ese trabajo es menor que cero, negativo, y si el sistema cede calor también, entonces, o desprende, ese calor también es menor que cero, es negativo, ¿vale? 00:16:23
Por eso hablábamos de dos tipos de procesos, según sea el intercambio de energía, o bien un proceso endotérmico, el sistema absorbe energía en forma de calor y esta es positiva, o un proceso esotérmico, el sistema desprende energía en forma de calor y esta es negativa. 00:16:42
Vamos a ver la entalpía de una reacción química, incremento de H 00:17:01
Entonces, en los procesos químicos se suele medir el calor absorbido o cedido 00:17:12
Muchas veces a presión constante, en estas condiciones de presión constante 00:17:19
Entonces, ese calor recibe el nombre de variación de entalpía 00:17:24
Un proceso químico es una reacción química 00:17:31
Donde tenemos que unos reactivos que tienen una entalpía inicial 00:17:36
Se reaccionan y se forman unos productos nuevos 00:17:42
Ha habido una reacción química 00:17:47
Entonces esos reactivos ya dejan de ser ellos mismos 00:17:50
Se forman los nuevos que son los productos 00:17:54
Entonces ahí ha habido una variación 00:17:56
H final menos H inicial, entalpía, incremento de H, o sea, la entalpía de los productos formados menos la entalpía de los reactivos. 00:17:59
Entonces, esa variación de entalpía es el calor a presión constante, ese calor intercambiado, esa variación de entalpía es el calor a presión constante, ¿vale? 00:18:10
Qp es el calor absorbido o desprendido cuando el proceso se ha realizado a presión constante. 00:18:20
Y se le llama incremento de H, variación de entalpía. 00:18:28
Entonces, las entalpías de las sustancias son difíciles de calcular. 00:18:33
Nos interesan más las variaciones de entalpía de los procesos. 00:18:39
Es ese calor que ha sido intercambiado en los procesos. 00:18:44
Se pueden determinar experimentalmente midiendo el calor intercambiado a presión constante. 00:18:50
Por eso decíamos que el calor a presión constante es igual a la variación de entalpía en una reacción 00:18:55
Las condiciones de la reacción química pueden ser las normales 00:19:03
Sabéis que las condiciones normales son a 0 grados centígrados y una atmósfera 00:19:11
0 grados centígrados son 273 grados Kelvin 00:19:15
O también pueden ser las condiciones, son las estándar, que serían 25 grados centígrados y una atmósfera, o sea, 298 Kelvin y una atmósfera, u otras que nos indiquen. 00:19:20
Para las condiciones estándar, la variación de entalpía se escribe como incremento de H con un simbolito, un cero arriba, superíndice, se llama entalpía estándar de reacción. 00:19:34
Entonces, en una reacción endotérmica ya sabemos que las reacciones endotérmicas absorben calor, ¿no? 00:19:49
Entonces, en una reacción endotérmica el calor a presión constante es mayor que cero, 00:19:56
por lo tanto la variación de entalpía es mayor que cero, 00:20:02
quiere decir que la entalpía de los productos que se forman es mayor que la de los reactivos, 00:20:04
por eso la diferencia H de productos menos H de reactivos es mayor que cero. 00:20:10
Entonces, para representar el sentido de una reacción, si tenemos, representamos en el eje Y la entalpía frente al sentido de la reacción, si partimos de una entalpía de los reactivos, lo estoy señalando aquí, una entalpía determinada, y en la reacción se absorbe calor, vamos hacia arriba, la entalpía de los productos es mayor, ¿vale? 00:20:15
Entonces, en este caso se absorbe calor, entalpía de los productos mayor que entalpía de los reactivos, por lo tanto, incremento de H de entalpía mayor que cero, ¿vale? 00:20:41
Y en una reacción esotérmica que desprende calor, el calor a presión constante es negativo, es menor que cero. 00:20:55
Esto quiere decir que también la variación de entalpía es menor que cero, por lo tanto, la entalpía de los productos es menor que la de los reactivos y al restar entalpía de productos menos entalpía de reactivos para calcular el incremento de H es menor que cero, negativo. 00:21:04
sería este caso 00:21:26
si representamos la entalpía frente al sentido de la reacción 00:21:28
y tenemos que la entalpía de los reactivos está aquí arriba 00:21:34
vemos que como se desprende calor 00:21:40
la entalpía de los productos es menor que cero 00:21:46
entonces incremento de H es negativo 00:21:50
Bien, la forma más completa de representar una reacción química es mediante las ecuaciones, una ecuación termodinámica donde se indica el estado en que están las sustancias, por ejemplo, si es sólido con una S entre paréntesis, si es líquido con una L entre paréntesis y si es gas con una G minúscula entre paréntesis. 00:21:56
Si está en disolución una cosa, pues entre paréntesis hace. Las condiciones de presión y temperatura también se indican en las cuales tiene lugar. Generalmente son las estándar que hemos dicho. Temperatura 25 grados centígrados y una atmósfera de presión. 00:22:25
Y también se indica en estas reacciones químicas el calor absorbido o desprendido en la variación de entalpía. 00:22:46
Ahora, como estábamos diciendo, repasemos esto, lo que estáis viendo ahora es la presentación, una presentación que tenéis en el aula, que las condiciones normales eran 0 grados centígrados de una atmósfera de presión, las condiciones estándar 25 grados centígrados de una atmósfera u otras que nos indiquen. 00:22:56
Y que las entalpías estándar de reacción se representaban mediante un incremento de H con un superíndice 0. 00:23:23
Una ecuación termodinámica, decíamos que venía completa, venía escrita con el estado en que estaban las sustancias que intervienen, el estado de agregación, venía también la entalpía, por ejemplo esta, esta que tenemos a la derecha. 00:23:31
El metano gaseoso reacciona con oxígeno gaseoso para dar dióxido de carbono gas más agua líquida 00:23:50
Entonces viene el estado en que en cada uno de ellos, de estos tanto reactivos como productos están 00:24:00
La reacción de entalpía en este caso es una reacción de combustión menos 890 kilojulios, es negativa 00:24:09
Quiere decir que se desprende calor. Es una reacción esotérmica, ¿vale? 00:24:18
Vemos aquí que una reacción esotérmica, el calor va para afuera, se desprende, 00:24:27
una miniatura para simbolizar un poquito estas reacciones, 00:24:32
y en la reacción endotérmica hay que dar calor, absorbe calor. 00:24:37
Entalpía estándar de formación, incremento de H superíndice cero de formación y la ley de Hess. 00:24:42
Vamos a ver lo que es la entalpía estándar de formación de una sustancia, que es la variación de entalpía que tiene lugar cuando se forma un mol de esa sustancia a partir de sus elementos en condiciones estándar. 00:24:50
Por eso se llama entalpía estándar de formación. 00:25:06
Entonces, las condiciones estándar, recordemos que eran una atmósfera y 25 grados centígrados. 00:25:09
Por convenio, la entalpía estándar de formación de los elementos en su estado más habitual es cero, que luego lo veremos cuando hagamos algún ejercicio. 00:25:15
Un ejemplo, la entalpía estándar de formación, vemos incremento de H, la variación de entalpía estándar de formación del amoníaco es igual a menos 46,2 kJ por mol. 00:25:26
significa, por cada mol, que cuando se forma un mol de amoníaco, 00:25:43
a partir de sus elementos, se liberan, porque está con signo menos, es negativa, 00:25:48
se liberan 46,2 kJ de energía en forma de calor. 00:25:54
Es decir, por eso decimos que la variación de entalpía estándar de formación, 00:25:59
la entalpía estándar de formación del amoníaco es menos 46,2 kJ por cada mol que se forma. 00:26:04
Se desprende calor, en este caso se libera, se desprende calor. 00:26:12
Vamos a ver la ley de Hess que nos dice, pues la ley de Hess nos dice que la variación de entalpía en una reacción química realizada a presión constante es la misma si la reacción tiene lugar en una sola etapa o en más de una. 00:26:18
Vamos a ver este ejemplo que tenemos aquí. Fijaos, tenemos que mediante los reactivos, si ocurre en una sola etapa para formar los productos, cuando reaccionan los reactivos para formar los productos, esa variación de entalpía lo tenemos aquí simbolizado, incremento de H. 00:26:35
Bueno, pues si ocurre en una sola etapa, esa variación es igual que si ocurre en varias etapas y al final la suma de las entalpías, en este caso sería en tres etapas, da el mismo valor que la que ocurriría en una sola etapa. 00:26:55
Lo vemos. Si a partir de los reactivos tenemos, se forma primero A, incremento de H1, de A se forma desde A hasta B, se forma después incremento de H2, otra variación de entalpía implicada en esta otra reacción, y mediante B, para formar los productos finales, otra variación de entalpía 3. 00:27:15
Con lo cual, la variación de entalpía es igual, el incremento de H es igual a la suma de las tres variaciones de entalpía. 00:27:37
O sea, que si ocurre en tres etapas, la suma de las tres, esa variación de entalpía, es la misma que si ocurre en una sola, para formarse los mismos productos. 00:27:46
Entonces, la entalpía de una reacción química a partir de las entalpías de formación de sus reactivos y de sus productos. 00:27:58
Por ejemplo, si tenemos la siguiente reacción. 00:28:06
Es igual al sumatorio de la variación de entalpía de los productos menos el sumatorio de la variación de entalpía de los reactivos. 00:28:36
En este caso, podemos calcular la variación de entalpía a través de la entalpía estándar de formación para una reacción. 00:28:49
De las entalpías estándar de formación para una reacción. 00:28:57
Hemos dicho que esta variación de entalpía estándar es igual al sumatorio de las variaciones de entalpía estándar de formación de los productos menos el sumatorio de las variaciones de entalpía estándar de formación de los reactivos. 00:29:01
Por ejemplo, en esta reacción, para calcular la entalpía estándar de reacción, incremento de H, sería igual, o sea, la entalpía de la reacción estándar, sería igual, utilizando las entalpías de formación de los reactivos y productos, sería igual a C multiplicado por la variación de entalpía estándar de formación de C, 00:29:26
D, productos, más D multiplicado por la entalpía estándar de formación de D, producto D, menos A multiplicado por la variación de entalpía estándar de formación de A, 00:29:54
menos B multiplicado por la variación de entalpía estándar de formación de B, 00:30:12
es decir, el sumatorio de los incrementos de H sub cero de formación de los productos 00:30:21
menos el sumatorio del incremento de H sub cero de formación de los reactivos. 00:30:26
Recordemos lo del superíndice que indicaba estándar, en estado estándar. 00:30:31
Así se puede calcular la entalpía, la variación de entalpía, 00:30:36
a través de las entalpías estándar de formación. 00:30:40
Y mediante la ley de Hess, recordemos que la ley de Hess establece que si un proceso se puede expresar 00:30:44
como la suma de dos o más procesos, lo hemos dicho antes, 00:30:52
el cambio de entalpía es la suma de las variaciones de los tres pasos. 00:30:57
si en lugar de ir solamente en uno 00:31:04
iba en más de una etapa 00:31:09
pues esas variaciones de entalpía 00:31:10
se suman para llegar a los productos 00:31:12
entonces esa variación de entalpía 00:31:14
en una sola etapa 00:31:19
es igual a la suma de las tres variaciones 00:31:20
si se realiza en tres etapas 00:31:23
Materias:
Química
Niveles educativos:
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  • Formación Profesional
    • Ciclo formativo de grado superior
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      • Segundo Curso
Autor/es:
M J V
Subido por:
M. Jesús V.
Licencia:
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Fecha:
13 de enero de 2025 - 20:41
Visibilidad:
Clave
Centro:
IES LOPE DE VEGA
Duración:
32′ 31″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1280x720 píxeles
Tamaño:
90.16 MBytes

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