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234 CAPÍTULO 6 Termoquímica

Revisión de conceptos
Clasifi que cada uno de los siguientes incisos como sistema abierto, cerrado o aislado.

a) Leche guardada en un termo cerrado.
b) Un estudiante leyendo en su dormitorio.
c) El aire dentro de una pelota de tenis.

6.3 Introducción a la termodinámica

La termoquímica es parte de un amplio tema llamado termodinámica , que es el estudio
científi co de la conversión del calor y otras formas de energía. Las leyes de la termodi-
námica proporcionan guías útiles para entender la energética y la dirección de los proce-
sos. En esta sección analizaremos la primera ley de la termodinámica , que es
particularmente importante para el estudio de la termoquímica. En el capítulo 17 conti-
nuaremos con el estudio de la termodinámica.
En la termodinámica examinamos los cambios en el estado de un sistema , que se
defi ne por los valores de todas sus propiedades macroscópicas importantes, por ejemplo,
composición, energía, temperatura, presión y volumen. Se dice que la energía, la presión,
Los cambios en las funciones de es-
tado no dependen de la trayectoria el volumen y la temperatura son funciones de estado , es decir, propiedades determinadas
que los produjo, únicamente del es- por el estado del sistema, sin importar cómo se haya alcanzado esa condición. En otras
tado inicial y fi nal. palabras, cuando cambia el estado de un sistema, la magnitud del cambio de cualquier
función de estado depende únicamente del estado inicial y fi nal del sistema y no de cómo
se efectuó dicho cambio.
El estado de cierta cantidad de un gas se especifi ca por su volumen, su presión y su
temperatura. Considere un gas a 2 atm, 300 K y 1 L (estado inicial). Ahora suponga que
se realiza un proceso a temperatura constante, en donde la presión del gas disminuye a 1
atm. De acuerdo con la ley de Boyle , su volumen debe haber aumentado a 2 L. Entonces,
el estado fi nal corresponde a 1 atm, 300 K y 2 L. El cambio de volumen (DV) es

La letra griega delta D simboliza cam-
bio. Este símbolo en el texto se refi ere DV 5 V f 2 V i
a fi nal – inicial; es decir, fi nal 5 2L 2 1 L
“menos”inicial. 5 1 L
donde V i y V f representan el volumen inicial y fi nal, respectivamente. No importa cómo
llegamos al estado fi nal (por ejemplo, la presión del gas puede aumentar al principio y
luego disminuir a 1 atm), el cambio del volumen es siempre de 1 L. Por lo tanto, el vo-
lumen de un gas es una función de estado. De manera similar podemos demostrar que
también la presión y la temperatura son funciones de estado.
La energía es otra función de estado. Con la energía potencial como ejemplo, encon-
Recuerde que un objeto posee energía
potencial en virtud de su posición o tramos que el aumento neto de la energía potencial gravitacional , cuando se parte de un
composición química. mismo punto para escalar una montaña, siempre es el mismo, independientemente de la
forma como se llegue (fi gura 6.4).

Primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica , que se basa en la ley de conservación de la energía ,
establece que la energía se puede convertir de una forma a otra, pero no se puede crear
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ni destruir. ¿Cómo sabemos que es así? Sería imposible probar la validez de la primera
ley de la termodinámica si tuviéramos que determinar el contenido total de energía del
universo. Incluso, sería muy difícil determinar el contenido total de energía de 1 g de hie-

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Vea la nota al pie de la página 40 (capítulo 2) para un análisis de la relación entre energía y masa en las
reacciones químicas.