I Unidad: Equilibrio en sistemas cerrados

1. “Me enseñarás el camino de la vida, me llenarás de gozo en tu presencia, de dicha perpetua a tu derecha” Salmo 16: 11 Para aprender bien… …debemos estar dispuestos(as), abrir nuestra mente y espíritu. I Unidad: Equilibrio en sistemas cerrados • Objetivo: Demostrarcomprensión suficientede conceptos como: criterios de espontaneidad, coordenada de reacción, constante de equilibrio, grado de avance de una reacción y todas las propiedades termodinámicas que se estudian en Equilibrio Químico, para sistemas cerrados homogéneos y heterogéneos; pudiendo aplicarlos para resolver problemas, aún en condiciones en las que los gases involucrados presenten comportamiento no ideal, utilizando el concepto de fugacidad y algún método de determinación del coeficiente de fugacidad.

2. Curso de FQI-UNI-FIQ Sesión 2: Entropía, energía libre y equilibrio

3. Objetivos: • Retomar saberes de asignaturas anteriores para construir sobre ellos nuevos conocimientos: el uso de la entropía como criterio de espontaneidad preliminar de los procesos y el uso de la Energía de Gibbs como criterio de espontaneidad definitivo. • Reconocer la ecuación que define a la energía de Gibbs como función de H y S. • Aportar información para el análisis del perfil de competencias genéricas del grupo de clase. Bibliografía: Chang, R. Química. 9na Ed. Cap.18 Levine, I. Fisicoquímica. Vol. I Cap. 3,4 y 5

4. EQUILIBRIO FASES TIPOS QUIMICO SISTEMA EN EQUILIBRIO DE QUE DEPENDE? • P y T • TIPO DE MATERIALES • CANTIDADES • (masa o moles) QUE ES?

5. SISTEMA HOMOGÉNEO • CERRADO • ABIERTO • AISLADO SEGÚN LAS FASES ? HETEROGÉNEO

6. CONCEPTO DE S ENTROPIA Y EQUILIBRIO Es una medida de la energía asociada con el “desorden" que presentan las moléculas de determinada sustancia. Es una función de estado, depende de la masa y se mide en unidades de energía sobre temperatura. IRREVERSIBILIDAD ESPONTANEIDAD REVERSIBILIDAD 2DA. LEY DE TERMODINAMICA:

7. Primera ley de la termodinámica La energía puede interconvertirse de una forma en otra, pero no puede crearse ni destruirse. Segunda ley de la termodinámica La entropía del universo aumenta en un proceso irreversible y permanece inalterada en un proceso de equilibrio. Proceso irreversible: DSuniverso = DSsistema + DSalrededores > 0 Proceso en equilibrio o reversible: DSuniverso = DSsistema + DSalrededores = 0 3era Ley: En cualquier proceso isotérmico que implique sustancias en equilibrio interno, la variación de entropía tiende a cero cuando la temperatura tiende a cero

8. S orden desorden S H2O (s) H2O (l) La entropía (S) es una medida de la aleatoriedad o desorden de un sistema. DSºrxn = (i*Sºi)prod - (i*Sºi)react Si el cambio de los resultados de inicial a final es un aumento en la aleatoriedad. Por ejemplo el cambio que ocurre al sacar un cubo de hielo de la nevera (-5 °C) y dejarlo expuesto al ambiente (30°C) es: Siendo Suniv = DSsist + DSalrededores = (S°aguaa 30°C – S°hielo a -5°C) + DH /T Sf > Si DSsist > 0 DSuniv > 0

9. Procesos que conducen a un aumento en la entropía (DSsist > 0) Líquido Sólido Para cualquier sustancia, el estado sólido es más ordenado que el estado líquido y éste más ordenado que el estado gaseoso. Las disoluciones suelen tener mayor entropía que las sust. puras Líquido Ssólido< Slliquido<< Sgas Disolvente Soluto Disolución Sistema a T1 Sistema aT2 (T2 > T1)

10. Cambios de entropía en los alrededores (DSalred) Alrededores Alrededores Energía Energía Sistema Calor Sistema Procesoendotérmico DSalred < 0 = -Hsist /T Procesoexotérmico DSalred > 0= -Hsist /T

11. CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O (l)DH0 = -890.4 kJ H+(ac) + OH-(ac) H2O (l)DH0 = -56.2 kJ H2O (s) H2O (l)DH0 = 6.01 kJ H2O NH4NO3(s) NH4+(ac) + NO3-(ac)DH0 = 25 kJ ¿Una disminución en la entalpía significa que una reacción procede espontáneamente? NO! Reacciones espontáneas Proceso en equilibrio : DSuniv = DSsist + DSalred = 0 Dsalred = -∆Hsist /T Procesoirreversible : DSuniv = DSsist + DSalred > 0

12. RESUMEN DE ECUACIONES PARA EL CÁLCULO DE CAMBIOS DE ENTROPÍA DSºrxn = (i*Sºi)prod - (i*Sºi)react

13. La energía libre de Gibbs Es la energía disponible para realizar trabajo P-V en un sistema cerrado a P y T ctes. Tiende al valor mínimo para los procesos espontáneos. Para un proceso de temperatura constante: Energía libre de Gibbs (G) DG = DHsist -TDSsist DG < 0 Proceso espontáneo e irreversible DG > 0 Proceso no espontáneo. Para una reacción esto indica espontaneidad en la dirección opuesta. DG = 0 Proceso en equilibrio.

14. DG = DH - TDS

15. ENERGÍA LIBRE DE HELMHOLTZ Es la energía disponible para realizar trabajo P-V en un sistema cerrado a V y T ctes. Tiende al valor mínimo para los procesos espontáneos. Donde A es utilizable como criterio de espontaneidad, al igual que ΔG, pero a T y V ctes.

16. ¡Favor leer pág. 1 a 9 del folleto de clase y traer impresas sus tablas de Sº, Hº y Gº para la próxima clase! ¿PREGUNTAS? • ¿Alcanzamos los objetivos propuestos? • Retomar saberes de asignaturas anteriores para construir sobre ellos nuevos conocimientos: el uso de la entropía como criterio de espontaneidad preliminar de los procesos y el uso de la Energía de Gibbs como criterio de espontaneidad definitivo. • Reconocer la ecuación que define a la energía de Gibbs como función de H y S. • Aportar información para el análisis del perfil de competencias genéricas del grupo de clase. • En equipos de trabajo de 3 a 5 personas elaboren un párrafo en el que expresen con palabras propias la importancia de las energías libres. • Analicen la ecuación que define a la energía de Gibbs y cómo pueden variar sus términos (S y H) en diferentes situaciones hipotéticas.