La espontaneidad es un proceso que puede depender de la temperatura. Son características necesarias en un proceso químico para saber si éste puede realizarse. Una proceso químico es espontaneo si “ocurre por sí mismo, sin ayuda externa alguna, en una sola dirección”. Es importante destacar que el hecho de que un proceso sea espontaneo no necesariamente  significa que ocurrirá a una velocidad observable.

Al igual que la putrefacción de una manzana, ocurre por sí sola y ejemplifica un proceso irreversible

De manera similar, generan espontaneidad 2 corrientes de aire diferentes para formar un tornado

Conceptos Claves

1.- Procesos Espontáneos:

Se dice que un proceso es espontáneo si ocurre por cuenta propia sin intervención alguna del exterior; es decir, ocurre por sí mismo en un sentido definido a ciertas condiciones como la temperatura y la presión

Brown, Theodore (2009). QUÍMICA la Ciencia Central (pp. 802). México: Person educación

2.- Entropía:

Es la medida del grado de dispersión de la energía en un sistema entre las diferentes posibilidades en que ese sistema puede contenerla. A mayor dispersión mayor entropía. La mayoría de procesos está acompañado por un cambio de entropía. Las unidades de entropía son J/K o J/K por 1 mol de sustancia¹. Es una característica del estado de un sistema².

¹Chang, Raymond (2013). QUÍMICA 11^° edición (pp. 780). México: Mc Graw Hill Education

²Brown, Theodore (2009). QUÍMICA la Ciencia Central (pp. 806). México: Person educación

3.- Entropía estándar de reacción:

Cambio de entropía cuando la reacción se lleva a cabo en condiciones estándar; es decir, es la entropía absoluta de una sustancia a 1 atm. Y 25°C

Chang, Raymond (2013). QUÍMICA 11^° edición (pp. 784). México: Mc Graw Hill Education

4.-  Cambio de entropía:

Es una función de estado como la energía interna y la entalpía, por lo tanto, el cambio de entropía de un sistema depende solo de los estados inicial y final del sistema y no de la trayectoria que se siguió para pasar de un estado a otro.

Brown, Theodore (2009). QUÍMICA la Ciencia Central (pp. 806). México: Person educación

5.-  Movimientos moleculares:

Cuando una sustancia se calienta el movimiento de las moléculas aumenta. Las moléculas pueden presentar tres tipos de movimientos. La molécula completa puede moverse en un sentido, como los movimientos de las partículas de un gas ideal. A estos movimientos le llamamos movimientos de traslación. Las moléculas de un gas tienen más libertad de movimiento que las de un líquido, las cuales a su vez tienen mayor libertad de traslación que las moléculas de un sólido.  Una molécula también puede experimentar movimiento traslatorio en el que los átomos de las moléculas se mueven periódicamente acercándose y alejándose. Otro tipo de movimiento es el de la rotación como si estuviese girando como trompo. Estas formas diferentes de movimientos son formas en las que una molécula puede almacenar energía y nos referimos a ellas de forma colectiva como energía de movimiento de la molécula.

Brown, Theodore (2009). QUÍMICA la Ciencia Central (pp. 809-810). México: Person educación

6.- Segunda ley de termodinámica:

La entropía del universo aumenta en un proceso espontaneo y se mantiene constante en un proceso que se mantiene en equilibrio.

Brown, Theodore (2009). QUÍMICA la Ciencia Central (pp. 785). México: Person educación

7.- La tercera ley de termodinámica:

La entropía de una sustancia cristalina es cero a la temperatura de cero absoluto. A medida que la temperatura aumente la libertad de movimiento se incrementará; es decir, la entropía aumenta de forma gradual como consecuencia del mayor movimiento molecular.

Brown, Theodore (2009). QUÍMICA la Ciencia Central (pp. 789). México: Person educación

8.- Entropía absoluta:

Es la entropía de la sustancia a 298K. Este es el valor verdadero y no un valor derivado

Brown, Theodore (2009). QUÍMICA la Ciencia Central (pp. 790). México: Person educación

1. Aplicación:

En el caso de entropía y espontaneidad.

Describiré el proceso de funcionamiento de un motor petrolero ( automóvil diésel )  ,  para esto debemos de conocer el funcionamiento de un cigüeñal con los pistones (cilindros)  a estos pistones , que tienen esa forma de cilindro ,   una vez que entra el aire y el petróleo a presión atmosférica el volumen aumenta , una vez que se juntan el aire y el petróleo – estos combustionan sin necesidad de un factor externo como la chispa – se comprime adiabáticamente el  volumen , y la temperatura aumenta . Realizándose  así un alto grado de entropía. Durante este tiempo la presión y la temperatura aumentan rápidamente,  aunque el volumen permanece constante, liberando energía para que así junto a los demás pistones comiencen a moverse haciendo la misma función que es la de liberar energía  y poder iniciar el movimiento del automóvil. Este proceso es irreversible, pero no espontaneo.

Prof. López Ávila.     Maquinas termodinámicas y La segunda ley de la Termodinámica

Física II    comision2k1/2s1 http://apuntescientificos.org/segunda-ley-qbp.html

Un caso que es Espontaneo  es en el caso que en cierta parte alta de un cerro haya un molino de agua donde el calor descienda de esta fuente que se encuentra a  temperatura elevada, hacia una fuente de temperatura fría  que podría ser un sumidero, generando trabajo durante su paso. Este proceso es irreversible.

Dra. Sofía Arellanos Cárdenas, Dra. Socorro López Cortez, Dra. Lucía Ramírez Torres e Ing. Juan Carlos Mares Gutiérrez.

Miembros de la academia de Fisicoquímica del departamento de Biofísica de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del                                                               Instituto Politécnico Nacional de México.

http://apuntescientificos.org/segunda-ley-qbp.html

Imágenes tomadas de:

• http://www.expower.es/imagen/combustible-comburente-energia/triangulo-fuego-energia.jpg
• https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRPubC-KXeeKri2vNzPHYMfpciO3w0y8eqUoIRsFF9aGkfZqfYc
• http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/calorimetro/images/calorimetro30.gif

• Conceptos

• Fenómenos térmicos: Están relacionados con la emisión y la absorción del calor, también existen cuerpos que ceden energía en forma de calor, y otros que son capaces de absorber dicha energía.

Pérez Ruiz, O. y Villegas Sáez A. (Sin fecha). Calor de combustión y el ahorro de energía:

<http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia20/HTML/articulo06.htm>

• Combustión: Es el conjunto de procesos físico-químicos en los que un elemento combustible se combina con otro elemento comburente (O₂ gaseoso), desprendiendo luz, calor y productos químicos resultantes de la reacción (oxidación).

Domínguez Cerdeira, José M. (23 de Enero de 2013). Jornada sobre calderas eficientes en procesos industriales: Conceptos de combustión y combustibles.

<http://www.fenercom.com/pages/pdf/formacion/13-01-23_Jornada%20calderas%20industriales/01-Conceptos-de-combustion-y-combustibles-GAS-NATURAL-SDG-fenercom-2013>

• Calor de combustión: Es el calor que se libera en la combustión de un mol de compuesto orgánico.Suarez, T. (2005). Principios de termoquímica.
• <http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/16744/1/termoquimica.pdf>
• Calorímetro: Es un recipiente cerrado diseñado específicamente para medir los cambios de calor de los procesos físicos y químicos.Chang, R. (2010). Termoquímica. Química (pp. 245-246). México: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES S.A
• Calor específico: Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. Unidades J/g x °C.

Chang, R. (2010). Termoquímica. Química (pp. 245-246). México: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES S.A

• Capacidad calorífica: Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de determinada cantidad de la sustancia. Unidades J/°C

Chang, R. (2010). Termoquímica. Química (pp. 245-246). México: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES S.A

• Aplicaciones

En la actualidad, el desarrollo de los países está fuertemente relacionado con el consumo de energía de combustibles fósiles, los cuales son las principales fuentes de energía y se produce mediante la combustión. La combustión consiste en una reacción química de oxidación,  consiste de un elemento que arde y otro que produce la combustión, generalmente el O2 (g).

El calor de combustión es usado como fuente de energía en las fábricas (uso industrial), en hogares (uso doméstico), en los vehículos (uso para el transporte).

Uso Industrial: Elementos utilizados para la combustión

• Gas Natural
• Gas Licuado
• Kerosene

Uso Doméstico: Elementos utilizados para la combustión

• Gas Propano
• Gas Natural
• Leña
• Carbón

Uso para el Transporte: Elementos utilizados para la combustión

• Gasolina
• Diésel
• Gas Natural

Referencias:

-Ministerio de energía y minas. Preguntas frecuentes en relación al gas natural en el Perú: Usos del gas natural. Recuperado el 19 de abril del 2015, de:

http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/usogas.pdf

-El Blog Energía. El propano: una buena solución para calentar tu casa. Recuperado el 14 de setiembre de 2014 en:

http://elblogenergia.com/articles/el-propano-una-buena-solucion-para-calentar-tu-casa-

CONCEPTOS

Calor:

Es la energía transmitida a causa de una diferencia de temperatura entre un sistema y sus alrededores. El calor q es el aumento de energía interna ∆E  del sistema.

q = ∆E + w

En esta ecuación se expresa la ley de conservación de la energía y también el primer principio de la termodinámica.

Si el calor es absorbido entonces el valor de “q” será positivo y si es cedido por el sistema será negativo.

Capacidad calorífica:

Es el intercambio de calor que puede producir el cambio de temperatura de un sistema o el cambio del estado en el que se encuentra el sistema.

C = δQ / dt

δQ :cantidad infinitesimal de calor

Calor de reacción:

Se encuentra definida como la energía absorbida por un sistema cuando los productos de una reacción se encuentran  a la misma temperatura que los reactantes. Si el sistema libera energía se denomina exotérmico  y si absorbe energía se denomina endotérmico. En reacciones exotérmicas, se necesita menor cantidad de calor para romper enlaces que en una reacción endotérmica.

Si la reacción se realiza a presión constante, el calor de la reacción sería igual a la variación de la entalpia.

El calor de reacción puede ser calculado a partir de entalpias de formación de los productos y  reactantes. Esta está dada por:

Energía de enlace:

Es la energía aproximada que se necesita para romper un enlace de cualquier compuesto en el que se intervenga. También se podría decir que es la energía total promedio que se necesita para romper un mol de en laces dado (en estado gaseoso).

En enlaces estables la energía de enlace son grandes, los principales enlaces son covalentes, metálicos e iónicos.

Entalpía:

Es una función de estado extensiva y una magnitud termodinámica. Su variación expresa la medida de la cantidad de energía absorbida o liberada por un sistema termodinámico, es decir es la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.

Entalpía de formación:

Es el calor producido o el calor necesario para formar un mol de un compuesto a base de sus elementos en su forma más estable (1 atm de presión y 298 K de temperatura).Cuando se trata de una reacción exotérmica esta entalpia viene a ser negativa mientras que cuando la reacción es endotérmica la entalpia tiende a ser positiva y resulta nula cuando los compuestos se encuentran en la naturaleza.

BIBLIOGRAFÍA:

Del Barrio, M.

2006                      “Calor y trabajo: primer principio de la termodinámica”. Termodinámica básica, ejercicios .Barcelona: Ediciones UPC,pp.55-56.Consulta:20 de abril de 2015.

<https://books.google.com.pe/books?id=_b9POl9LC2sC&printsec=frontcover&dq=termodinamica&hl=es&sa=X&ei=FyI1Vaf_Gs3dsATN9oHoBg&ved=0CE4Q6AEwCQ#v=onepage&q=termodinamica&f=false

Mahan H. Bruce

2003                      “Primer principio de la termodinámica”.Elementary Chemical Thermodynamics. Barcelona: Editorial Reverté,pp.13-14.Consulta:20 de abril de 2015.

<https://books.google.com.pe/books?id=VvCxN04usUC&printsec=frontcover&dq=termodinamica&hl=es&sa=X&ei=Wxg1VYLYNfeNsQS6q4HYBA&ved=0CDIQ6AEwBA#v=onepage&q=termodinamica&f=false>

Waser

1972                      “Primer principio de la termodinámica”. Termodinámica química fundamental.                              Barcelona: Editorial Reverté,pp.29-53.Consulta:20 de abril de 2015.

<https://books.google.com.pe/books?id=3DuAzzYUpbYC&printsec=frontcover&dq=termodinamica&hl=es&sa=X&ei=UCo1VeWcFK3nsATTkYEI&ved=0CCEQ6AEwATgK#v=onepage&q=termodinamica&f=false>

APLICACIÓN

Los químicos han resuelto que, por razones de comodidad, las cantidades de calor denominadas calores de reacción, corresponden a la transformación de las masas indicadas por la ecuación de la reacción.

En la industria y en la vida diaria se usan productos y sustancias, ya sean de origen natural o preparados por la actividad humana, que se llaman combustibles) y cuya finalidad es la de producir calor cuando se queman. El oxígeno que interviene en estas combustiones, que son otras tantas reacciones exotérmicas, es habitualmente el contenido en el aire ambiente, y sólo en casos excepcionales se usa el oxígeno puro. Dado que la mayor parte de los combustibles no son sustancias puras, sino materiales complejos, y que las transacciones comerciales se realizan en kilogramos, en toneladas (1000 kg), la cantidad de calor producida por un determinado combustible se expresa no mediante calores de reacción, sino con su poder calorífico. Se llama así a la cantidad de calor producida por la combustión de 1 kg de combustible.

Los más utilizados son el carbón de leña (carbono con impurezas principalmente minerales: cenizas), los carbones fósiles (antracita, hulla, lignito y turba), que provienen de transformaciones milenarias de troncos de árboles que vivieron en épocas geológicas remotas, y la leña. Esta última proviene de distintas especies de árboles que al arder libera de 3800 a 5.000 Kilocalorías por kilogramo (Kcal/kg). La leña está compuesta principalmente por hidratos de carbono (celulosa, hemicelulosa, lignina), es un combustible heterogéneo muy complejo, Al arder parte se volatiliza y parte se quema como carbono fijo (que es el que forma la brasa). La parte volátil de la leña es la que contiene la mayor parte de las calorías (más del 60%). Esta parte volátil, que se desprende durante la combustión de la leña está compuesta por hidrógeno, metano, metanol, hidrocarburos, óxido y dióxido de carbono, etc. La temperatura de combustión de esos gases van desde los 360°C para el metanol hasta los 620°C para el monóxido de carbono.

Otra utilidad del calor de reacción es que se puede usar para saber las propiedades de los alimentos, como por ejemplo, la cantidad de calorías que estás pueden contener, las cuales las podemos calcular mediante las entalpías de formación, con eso se puede hacer un mejor control de la cantidad de calorías que consumimos a diario para poder llevar una dieta balanceada.

BIBLIOGRAFIA

http://www.productosnuke.com.ar/ecologia-la-lena-como-combustible/

http://www.revolucionesindustriales.com/maquinasindustriales/quimica/combustibles

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Explicación de la imagen: Cuando dejamos caer una copa de vino las partículas de vino caen de forma espontánea porque no hay ninguna fuerza que haga esto.

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