Introducción a la Fisicoquímica

Fisicoquímica

• Subdisciplina de la química que estudia la materia desde un enfoque químico y físico.

Materias relacionadas con la fisicoquímica

• La termodinámica ayuda a comprender los cambios físicos y químicos de una reacción mediante las tres leyes de la termodinámica.
• La química general, inorgánica y orgánica son esenciales para calcular calores de reacción, como las entalpías de enlace.
• La física general, el cálculo diferencial e integral son necesarios para el desarrollo de ecuaciones.
• El álgebra es fundamental para la manipulación y resolución de problemas matemáticos en fisicoquímica.

Aplicaciones de la fisicoquímica

• En laboratorios de investigación se estudia el comportamiento de los enlaces en moléculas.
• Las plantas de generación de potencia eléctrica y los sistemas de calefacción y refrigeración utilizan ciclos de Carnot.
• Las celdas de combustible generan energía.
• Los aerogeneradores y las centrales maremotrices producen energía renovable.
• En procesos de combustión se determina el calor y trabajo generado según la molécula que se quema.
• En la industria automovilística se mejora el funcionamiento interno y la optimización del motor.
• Se estudian las transformaciones de energía en sistemas biológicos contando las calorías de los alimentos y su transformación en trabajo.

Sistemas termodinámicos

• Es una cantidad de materia o región elegida en el espacio para su análisis.
• Un sistema abierto intercambia masa y energía con los alrededores, como una máquina de tortillas.
• Un sistema cerrado no intercambia masa, pero puede intercambiar energía, como un reactor presurizado.
• Un sistema aislado no intercambia ni masa ni energía, como un contenedor de agua.

Análisis de sistemas termodinámicos

• El enfoque macroscópico no considera moléculas individuales, sino el conjunto de materia y energía.
• El enfoque microscópico considera todas y cada una de las moléculas.
• Se estudian sistemas microscópicos sin efectos eléctricos, magnéticos ni de tensión superficial.
• Se consideran dispositivos estáticos, despreciando efectos de movimiento y gravitacionales.
• Estos sistemas se consideran sistemas simples.

Magnitudes

• Las magnitudes primarias (fundamentales) son básicas para definir las secundarias.
  • Se miden directamente en el sistema, ejemplos: temperatura, presión, longitud, masa.
• Las magnitudes secundarias se definen a partir de mediciones primarias aplicando leyes o definiciones.
  • Ejemplos: volumen, densidad, energía, número de moles.

Propiedades termodinámicas

• Son características cuantificables que definen un sistema termodinámico.
• Las propiedades intensivas son independientes de la extensión de masa del sistema.
  • Ejemplos: temperatura, presión, densidad, volumen específico, tiempo.
• Las propiedades extensivas dependen de la extensión de masa del sistema.
  • Ejemplos: masa, volumen, número de moles, longitud, área.

Determinación de propiedades intensivas y extensivas

• Se toma una muestra del sistema.
• Si la propiedad en la muestra es igual que en el sistema total, es intensiva.
• Si la propiedad en la muestra es diferente que en el sistema total, es extensiva.