Page 265 - Quimica - Undécima Edición

6.3 Introducción a la termodinámica 235

Figura 6.4 La ganancia de
energía potencial gravitacional que
se presenta cuando una persona
escala de la base a la cima de una
montaña es independiente de la
ruta que se tome.

rro. Por fortuna, podemos demostrar la validez de la primera ley midiendo sólo el cambio
de la energía interna de un sistema entre su estado inicial y su estado fi nal. El cambio en
la energía interna DE está dado por

DE 5 E f 2 E i

donde E i y E f representan la energía interna del sistema en el estado inicial y el estado
fi nal, respectivamente.
La energía interna de un sistema tiene dos componentes: energía cinética y energía
potencial. El componente de energía cinética consiste en los diversos tipos de movimien-
to molecular y en el movimiento de los electrones dentro de las moléculas. La energía
potencial está determinada por las fuerzas de atracción entre los electrones y los núcleos,
por las fuerzas de repulsión que existen entre los electrones y entre los núcleos de molé-
culas individuales, así como por la interacción entre las moléculas. Es imposible medir
con exactitud todas estas contribuciones, de manera que no podemos calcular con certeza
la energía total de un sistema. Por otra parte, sí podemos determinar en forma experimen-
tal los cambios de energía.
Considere la reacción entre 1 mol de azufre y 1 mol de oxígeno gaseoso para produ-
cir 1 mol de dióxido de azufre:

( S s) 1 O 2 (g) ¡ SO 2 (g)

En este caso, el sistema se compone de las moléculas de los reactivos S y O 2 (estado ini-
cial), así como de las moléculas del producto SO 2 (estado fi nal). Aunque no conocemos el
contenido de energía interna de las moléculas de los reactivos ni de las moléculas del
producto, podemos medir con exactitud el cambio en el contenido de energía DE, dado por

DE 5 E(producto) 2 E(reactivos)
5 contenido de energía de 1 mol SO 2 (g) 2 contenido de energía de
[1 mol S(s) 1 1 mol O 2 (g)]

Esta reacción desprende calor. Por lo tanto, la energía del producto es menor que la
de los reactivos, y DE es negativo.
Si la liberación de calor en la reacción anterior signifi ca que una parte de la energía Azufre que se quema en el aire para
química contenida en las moléculas se convierte en energía térmica, concluimos que la formar SO 2.
transferencia de energía desde el sistema a los alrededores no cambia la energía total del
universo. Es decir, la suma de los cambios de energía debe ser igual a cero:

DE sist 1 DE alred 5 0
o

DE sist 5 2DE alred
donde los subíndices “sist” y “alred” se refi eren al sistema y los alrededores, respectiva-
mente. Así, si un sistema experimenta un cambio de energía DE sist , el resto del universo,