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M ERIOA
Tea·n odinámica <¡nín1ica
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elemental
Bruee H. Mahan
Un,verstdod de Co.t.fornto
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Termodinámica química
elemental
EDITORIAL REVERTÉ, S. A.
Barcelona . Buenos Aires • Méxreo
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Titulo de lo obto on91nol
Elemenrery Chemical
Thermodynamlcs
Edooodo por
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Troduc1do oor
Prof. Dr. Fldel Maro Vézquez
Catedrático de Quimlce Técnica
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Prólogo del
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La enseñanza de la quimica general resulta cada ,·ez una tarea más ardua e
imporlanle. a medida que los temas adquieren mayor amplitud y complejidad y
aumenta la necesidad de una mejor preparación de los estudiantes. Para obviar
esta dificullad se han propuesto diversas soluciones. y esta serie de monografías
sobre quimica general es una de ellas.
La experiencia en la enseñanza de la quimica ha puesto de manifiesto una serie
de problemas que se le presentan a quien tiene que enseñarla y seleccionar libros
de lexto. F.n primer lugar. un solo libro no puede abarcar físicamente todos los
aspectos de la qulmica que los profesores. colectivamente. consideran imporlanle>.
Por otra parte, ningún autor puede escribir con el mismo rigor sobre todos los
·1912 temas que comprende la qulmica general. Finalmente. el profesor debe de poder
seleccionar aquellas malerias que considera más importantes sin necesidad de tener
que ornilir grandes partes de un extensc libro de texto.
De acuerdo con lo que acabarnos de señalar. este libro es aproximadamente
una quinccuva parte de la Serie Monográfica de Quimica General. cada uno de
cuyos volúmenes está escrito por una o más personas altamente calificadas que.
debido a la investigación que realizan. están muy familiarizadas con el terna
que desarrollan. y. por otra parte. poseen experiencia .obre los problemas rela·
donados con lA enseñanza de su especialidad a los estudiantes que inician el estudio
de la mi\ma. Cada volumen trata ampliamente una de las subdivisiones de la
química general y constituye una entidad completa. que carece de las limitaciones
impuesta> p..>r la reunión de numerosas materias en un texto de un solo volumen.
El conjunlo de todos los volumenes comprende una amplia variedad de ten1as
que permite a cada profesor seleccionar fácilmente aqueUos que considere más ade·
cuadth )lBta de>arrollar en su clase.
Además. se ha proyectado la inclusión de diversas materias que wlo de>de
hace poco tiempo se consideran pertenecientes a los cursos de química general. tales
V
Pr6Jogo del editor
VI
como termodinámica, espectroscopia molecular y bioqutmQ. En todos los cao,os
se ha adoptado un punto de vista estrucrural moderno. resallaodo la utilización
de principios generales y teorías unificadas.
Estos vohimenes son también de utilidad para otras aplicaciones: las mo·
•
nografias seleccionadas sin·..., para enriquecer los cursos de estudios más con,·en·
cionales. ya que const.iruyen suplementos. fácilmente asequibles, de los libros de
cexto nom1ales. También tienen interés para los estudi&.ntes de ciencias fisicas o
biológicas que precisan una mayor información sobre algun campo de la quimíca
especialmente importante para ellos. Así, los estudiantes de biologla dispondrán de
monografías muy útiles sobre bioquímica, química orgánica y cir~tica de reacción.
Para lo> que comienzan el estudio de la fí;ica y la meteorología será espccialrnente
interesante la monografía sobre termodinámica. Los profesores que explican cursos
elernencales encontrarán en eslos volúmenes una valíosa ayuda para ponerse al dia
en las dislintas ramas de la química.
Las rnonografias tienen unas caraclerísticas muy convenientes para la en>e·
Cn este libro t
nanza, corno son la inclusión de numerosos ejemplos y problemas re~ueltos. dela·
reo,altando sus aplic
liadas iluscraciones y un glosario de términos técnicos.
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Los autores de las dislinlas monograflas son dignos de elogio por el enlu· •
de la tcrmodinámic
;iasmo que han pueslo en su lrabajo y que ha hecho posible este experimento.
y perfectamente po~
1::1 Proresor Rolfe Herber, de la Rutgers University, ha prestado una colaboración
y explicar los fenó·
inestimable en la preparación de esta serie y a él se debe el comentario editorial.
cipios moleculares,.
asi como numerosas sugerencias sobre cada volumen. Finalmente, queremos tambi~n
rablemcnte si los e
agradecer al Profesor M. Kasha. de la Florida State University. muchas sugerencias
u
termodinámicos.
durante el período de planificación y la lectura de algunos manuscrit06.
energía y la entr<>
energía y entropía
RUSSlll. JOIIhSI '<
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Tallahassu, Florida
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Octubr~ de 1962
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s resuellos. deta- En C\te libro he tratado de presentar la termodinámica en una forma directa.
re<altando 'us aplicaciones químicas y su interpretación física. y simplificando todo
gio por el entu lo po;iblc el desarrollo matemático. Lo he escrito porque estimo que la inclu;ión
ste experimento. de la termodinámica en un curso de iniciación constituye un progreso importante
ma colaboración y perfectamente posible. Los cursos de iniciación más afortunados intentan prelientar
entario editorial. y explicar los fenómenos químicos en función de un conjunto creciente de «prin
Jercmos también cipios moleculares.. Mi experiencia confirma que este método se refuerza conside
chas sugerencias rablemente si los e>tudiantes han aprendido a analizar los procesos por métodos
;critos. tcrmodin6mico.. La consideración del comportamiento químico en función de la
energlu y la entropia, seguida de una explicación de cómo la~ variaciones de
energiu y entropía están regidas por propiedades atómicas. hacen de la quimica
~1.1. JOJINSEN
que se cnselin en un curso de iniciación un tema interesante y cohcn:nte.
Todo el material de este libro se ha expuesto durante un período de cinco
semanas a eswdiantcs que previamente habían recibido enseñanzas de estequio
metriu. propiedades coligativas. equilibrio químico y estructura molecular. Se
sup<)nt que los alumnos han seguido un curso preliminar de cálculo, pero el numem
de operaciones matemáticas que los estudiantes tienen que utili1ar es realmente
)
peque~o. Este tratado de termodinámica no pretende suplantar, sino complementar.
el trawmiento más riguro>O que se desarrolla en el curso de química ftsica; esta
es la ra1.6n de que a algunos temas se les dedique poca atención. La energía libre
1 de Helmholtz. que tiene una aplicación muy limitada en los problemas químicos.
<e con;idera en uno de los ejercicios. La máquina ttrmica de Carnot se estudia como
una apliQlción de la termodinámica en vez de considerarla una parte central (con
frecuencia engorr~ y confusa) del de<arrollo del segundo principio. Por otra
parte. se ha dedi<.-ado una especial atención al concepto de entropaa y se destaca
la interpretación de las variaciones de entropía y del comportamiento químico en
función de propiedades moleculares cualitati•as. Esta familiarización con el concepto
VIl
VIII Pr61oso
de entropta constituirá sin duda una gran ayuda para Jos estudios m:h avanzado'
de termodinámica que se sigan en cursos posteriores.
Quiero agradecer el haberme permitido reproducir la Tabla l. tomada de
Zeman,ky. cHeat and Thermodynamics». McGraw·Hill. New York. 1951: y la
#
Figura 3·6. que está tomada de Daniels y Alberty, cPbysical Cbemi<~ry». Wiley.
New York, 1955. Los datos termodinámicos proceden de cSelected Values of
C'hemical 1h ermodynamics Properties», editado por F. O. Rossiui el al. . Nationol
Burtau o( Stundards Circular 500.
BRUCI! H. 1\IAIIAN
Bnkeley. Culi/ornia
Octubre de /962
Prólogo del edito•
Prólogo
l lotroduccióc
1·1 Sisterr
1-2 Estad
1-3 Estad•
1-ol Temp
11 El primer p
2-1 Traba
2-2 Trab.t
2·3 Enta1
2-4 Termc
2·5 Enta11
2-6 Energ
2·7 Capa<
2-8 Varia
2·9 Explc
2-10 Cálcu
Problemas
Pr6/ogo
más avanzados
' J. tomada de
ork. 1951; y la
omistry•. Wiley.
octed Values ol
et al. NatiOI'Ió.l
Índice analítico
Prólogo del editor V
Prólogo VIl
lnlrnducclón 1
I .. J Sistemas termodinámicos 2
1-2 Estados y funcione' de estado 3
1-3 E>touos de equilibrio 6
1-4 Temperatura 7
11 El primer principio de termodinámica 11
t 2-1 Trabajo y calor 11
2-2 Trabajo presión-volumen 15
2-3 Cntalp1a 2()
2-4 Tcrmaquhnica 25
2-5 Fntalp1a' de formación 2H
2-6 Energlas de enlace Jó
2-7 C'apaeidade> calorífita' )X
2-8 Vanacit\n de t;,f/ c.>n la temperatura .¡()
2-9 Exph»ione, y llamas .¡~
2-10 C'ákulo> p.lra un gh ideal .¡s
Problema~ 5~
l( fndice analltico
111 El o;egundo prindplo de t~rmodinámica 51
).J C'ákulo de la entropía 61
3-2 b¡uilibrio ~n sistemas aislados 1>8
).) Interpretación molecular de la entmpoa 6~
).4 Evaluación de entropías ab>.oluta~ 74
3-5 Energ1a libre 7Q
3-6 Energía libre y constante de equilibrio 84
3·7 Determinación de variaciones de energia libre QJ
3-8 La pila electroquímica ~3
3·9 Variación del equilibrio con la temperatura q~
J()2
Problemas
IV Aplicaciones de la termodinámica 107
4·1 Equilibrio entre fases 107
4·2 Propiedades de las solucion~ ideale;, 115
4·3 Aplicaciones químicas m
4·4 Máquinas térmicas 1~9
4·5 Conclusión 1-14 •·
Lectura complementaria 144
Problemas 145
fncllce 147
