Page 269 - Quimica - Undécima Edición

6.3 Introducción a la termodinámica 239

Calor
El otro componente de la energía interna es el calor , q. Igual que el trabajo, el calor no
es una función de estado. Por ejemplo, se necesitan 4 184 J de energía para elevar la
temperatura de 100 g de agua de 208C a 308C. Esta energía se puede obtener a) directa-
mente como energía calorífi ca mediante un mechero de Bunsen, sin hacer nada al agua;
b) haciendo trabajo sobre el agua, pero sin añadirle energía calorífi ca (por ejemplo, ba-
tiéndola con un agitador magnético) o c) combinando los procedimientos descritos en a)
y b). Esta sencilla ilustración muestra que el calor asociado con determinado proceso,
como el trabajo, depende de cómo se lleve a cabo dicho proceso. Es importante observar
que sin importar el procedimiento que se utilice, el cambio en energía interna del sistema,
ΔE, depende de la suma de (q 1 w). Si cambiar la ruta del estado inicial al fi nal incre-
menta el valor de q, entonces esta acción disminuirá el valor de w en la misma cantidad
y viceversa, así que ΔE permanece sin cambio.
En resumen, el calor y el trabajo no son funciones de estado porque no son propie-
dades de un sistema. Se manifi estan sólo durante un proceso (durante un cambio). Así,
sus valores dependen de la trayectoria que sigue el proceso y varían de acuerdo con ella.

Ejemplo 6.2
El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro, como el que se muestra en
la fi gura 6.5, es de 462 J. Durante este proceso hay transferencia de calor de 128 J del gas
hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía para este proceso.
Estrategia La compresión es el trabajo realizado sobre el gas, así que, ¿cuál es el signo
para w? El gas libera calor hacia los alrededores. ¿Se trata de un proceso endotérmico o
exotérmico? ¿Cuál es el signo de q?

Solución Para calcular el cambio de energía del gas, necesitamos la ecuación (6.1). El
trabajo de compresión es positivo y debido a que el gas libera calor, el valor de q es
negativo. Por lo tanto, tenemos

¢E 5 q 1 w
52128 J 1 462 J
5 334 J

Como resultado, la energía del gas aumenta en 334 J. Problemas similares: 6.17, 6.18.
Ejercicio de práctica Un gas se expande y realiza un trabajo P-V sobre los alrededores
igual a 279 J. Al mismo tiempo, absorbe 216 J de calor de los alrededores. ¿Cuál es el
cambio en la energía del sistema?

Revisión de conceptos
Dos gases ideales se colocan en dos recipientes de igual volumen a la misma temperatura
y presión. Uno tiene un volumen fi jo, pero el otro es un cilindro con un pistón móvil
integrado como el que se muestra en la fi gura 6.5. En un principio, las presiones de gas
son iguales a la presión atmosférica externa. Luego, los gases se calientan con un mechero
de Bunsen. En estas condiciones, ¿cuáles son los signos q y w para los gases?