La fisicoquimica consiste en la aplicación de los metodos de la fisica a problemas quimicos. Incluye estudios cualitativos y cuantitativos, de tipo experimental y teorico, acerca de los principios generales que determinan el comportamiento de la materia, en particular la transformacion de una sustancia en otra. Aunque los fisicoquimicos emplean diversos metodos de fisica, los aplican a estrucutras y procesos quimicos. La fisicoquimica no se preocupa por describir las sustancias quimicas y sus reaciones ( este campo corresponde a la quimica organica e inorganica), sino mas bien los principios teoricos y los problemas cuantitativos.

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[Primera Ley de la Termodinámica]

Energía y primera ley de la termodinámica: El trabajo producido en una transformación cíclica es la suma de las pequeñas cantidades de trabajo dW producidas en cada etapa del ciclo. De forma análoga, el calor transferido desde el entorno en una transformación cíclica es la suma de las pequeñas cantidades de calor dQ, transferidas en cada etapa del ciclo. Estas sumas se simbolizan mediante las integrales cíclicas dW y dQ: W cicl = d dw, Qcicl = ddQ En general, W cíclico y Q cíclico no son cero, una característica de las funciones de trayectoria. Por el contrario, obsérvese que si sumamos las diferenciales de cualquier propiedad de estado del sistema para cualquier ciclo, la diferencia total, la integral cíclica, debe ser cero. Como en cualquier ciclo, el sistema acaba regresando al estado inicial, la diferencia total en valor de cualquier propiedad de estado debe ser cero. A la inversa, si encontramos una cantidad diferencial dy tal que: d dy = 0 (para todos los ciclos) Entonces dy es la diferencial de alguna propiedad de estado del sistema. Este es un teorema puramente matemático, establecido aquí en lenguaje físico. Usando este teorema y la primera ley de la termodinámica, descubrimos la existencia de una propiedad de estado del sistema, la energía. La primera ley de la termodinámica es el enunciado de la siguiente experiencia universal: Si un sistema se somete a cualquier transformación cíclica, el trabajo producido en el entorno es igual al calor que fluye desde el entorno. En términos matemáticos, la primera ley establece que: d dW = ddQ El sistema no experimenta cambio neto en el ciclo, pero las condiciones del entorno varían. Si las masas del entorno son mas altas después del ciclo que antes, entonces algunos cuerpos del entorno deben estar mas fríos. Si las masas son mas bajas, entonces algunos cuerpos deben estar mas calientes. Reordenando la ecuación ( 7.8), tenemos: d ( dQ - dW) = 0 Si la ecuación anterior es cierta, entonces el teorema matemático exige que el integrando sea la diferencial de alguna propiedad de estado del sistema. Esta propiedad del estado se denomina energía, U, del sistema y la diferencial es dU, definida por : dU = dQ - dW tenemos, entonces, d dU = 0 Así, a partir de la primera ley, que relaciona los efectos del trabajo y el calor observados en el entorno en una transformación cíclica, deducimos la existencia de una propiedad de estado del sistema, la energía. La ecuación anterior es una formulación equivalente de la primera ley. La ecuación anterior muestra que cuando aparecen en la frontera pequeñas cantidades de calor y trabajo, dQ y dW, la energía del sistema experimenta un cambio dU. Integramos la ecuación anterior para un cambio finito de estado: DU = Q - W Donde DU = Ufinal - U inicial. Obsérvese que solo se ha definido una diferencia de energía du o DU, de manera que podemos calcular la diferencia de energía en un cambio de estado, pero no podemos asignarle un valor absoluto a la energía del sistema en un estado particular. Podemos demostrar que la energía se conserva en cualquier cambio de estado. Considerando una transformación arbitraria en un sistema A; entonces, DUa = Q - W donde Q y W son los efectos de calor y trabajo que se manifiestan en el entorno inmediato por cambios de temperatura de los cuerpos y los cambios de altura de las masas. Es posible escoger una frontera que encierre al sistema A y a su entorno inmediato, y de manera tal que no se observen efectos resultantes de la transformación de A fuera de esta frontera, Esta frontera separa a un nuevo sistema compuesto, constituido por el sistema original A, y por M, el entorno inmediato, del resto del universo. Como no se observan efectos de calor ni de trabajo fuera de este sistema compuesto, se deduce que el cambio de energía del sistema compuesto es cero. DU a + m = 0 Pero el cambio de energía del sistema compuesto es la suma de los cambios de energía de los subsistema a y m. Por lo tanto : DUa = - DUm Esta ecuación establece que , en cualquier transformación, cualquier aumento en la energía del sistema A esta equilibrada exactamente por una disminución igual en el entorno. Se deduce que la energía final es igual a la energía inicial, que establece que la energía del sistema compuesto es constante. Si imaginamos que el universo esta compuesto de miríadas de tales sistema compuestos, con DU = 0 en cada uno de ellos entonces en el agregado debe ocurrir que DU = 0. Entonces tenemos el famoso enunciado de la primera ley de la termodinámica de Clausius: "La energía del universo es una constante" [Segunda Ley de la Termodinámica] [Ciclo de Carnot] [Refrigerador de Carnot] [Ley de Raoult] [Cinética Química] [programaraoult]