La química es la ciencia que estudia la composición, estructura, y propiedades de la materia así como los cambios que esta experimenta durante reacciones químicas. Históricamente la química moderna es la evolución de la alquimia tras la revolución química.

Las primeras experiencias del hombre como químico se dieron con la utilización del fuego en la transformación de la materia. La obtención de hierro a partir del mineral y de vidrio a partir de arena son claros ejemplos. Poco a poco el hombre se dio cuenta de que otras sustancias también tienen este poder de transformación. Se dedicó un gran empeño en buscar una sustancia que transformara un metal en oro, lo que llevó a la creación de la alquimia. La acumulación de experiencias alquímicas jugó un papel vital en el futuro establecimiento de la química.

La química es una ciencia empírica, ya que estudia las cosas por medio del método científico, es decir, por medio de la observación, la cuantificación y, sobre todo, la experimentación. En su sentido más amplio, la química estudia las diversas sustancias que existen en nuestro planeta así como las reacciones que las transforman en otras sustancias. Un ejemplo es el cambio de estado del agua, de líquida a sólida, o de gaseosa a líquida. Por otra parte, la química estudia la estructura de las sustancias a su nivel molecular. Y por último, pero no menos importante, sus propiedades.

En el presente trabajo se desarrollan temas de la química como los compuestos orgánicos e inorgánicos, las propiedades físicas y mecánicas de los elementos, las reacciones químicas y la ley de la conservación de la masa.

A grandes rasgos la química se divide en dos grupos bien definidos, la química orgánica y la química inorgánica. La química orgánica es la encargada de estudiar las reacciones químicas y la combinación de los átomos de carbono, hidrocarburos y los derivados de ambos, alcanzando a todos los elementos naturales y los tejidos orgánicos (vivos). Ofrece soluciones para mejorar la calidad de vida del ser humano, en campos como la higiene, la salud y la utilización de nuevos materiales que no sean nocivos para la ecología del entorno. Por su parte, la química inorgánica estudia a los minerales y los productos artificiales conseguidos a partir de reacciones químicas.

Existen otras clasificaciones más precisas como las de bioquímica (que se especializa en la investigación de las sustancias presentes en entidades biológicas), la físico-química (destinada al estudio de cuestiones energéticas de los sistemas químicos), la química analítica y la neuroquímica, entre otras.

La química es considerada la Ciencia Central dentro de las ciencias naturales, dada su ubicuidad que la vuelve imprescindible para la resolución de problemas o inquietudes en varios campos de conocimiento(como la biología, la medicina, la farmacia, la geología, la astronomía y la ingeniería).

Cabe destacar, de todos modos, que la química es una ciencia empírica, que apela al método científico para crear conocimiento. Sus hallazgos nacen a partir de la observación, los experimentos y la cuantificación de los resultados.

Los procesos que estudia la química involucran entes fundamentales, llamados partículas simples(electrones, protones o neutrones), o partículas compuestas (núcleos atómicos, moléculas y átomos). Dichas partículas si son analizadas desde un punto de vista microscópico pueden ser tomadas como un sistema cerrado que se caracteriza por intercambiar energía con aquello que le rodea. Si estamos ante la presencia de procesos exotérmicos, el sistema liberará energía, mientras que si se trata de un proceso endotérmico, el sistema absorberá energía de su entorno. Este último caso sólo es posible si el entorno libera energía que pueda ser atrapada por el sistema que reacciona. Ambos procesos de intercambio de energía reciben el nombre de reacción química.

Posiblemente sea a la química a la ciencia que más le debamos, porque nos es difícil imaginar la vida sin medios de transporte artificiales, operaciones sin anestésicos o antisépticos, vestimenta sin colorantes y construcciones sin hierro o cemento. La ciencia química ha permitido que en los últimos siglos la humanidad avance a pasos agigantados en lo que a tecnología se refiere, aumentando el control sobre el medio y la independencia con respecto a él.

Es mucho lo que la química ha conseguido develar, sin embargo los mayores misterios siguen sin ser descubiertos, tales como en qué se diferencian a nivel estructural la materia viva de la no-viviente, o cómo se ha creado el propio planeta tierra (posiblemente sea gracias a la física que se revele este misterio, en colaboración con la física y otras ciencias, si es que algún día el ser humano consigue averiguarlo). Otro misterio que la química tiene entre ojos para investigar es el proceso de fotosíntesis, ¿Cómo consiguen las hojas atrapar la luz del sol para convertir el dióxido de carbono en oxígeno y el agua en alimentos? Misterios que se estudian desde hace cientos de años y que continúan siendo un verdadero enigma.

Un dato interesante para aclarar es que no es lo mismo decir física-química que química-física, de hecho cada una de estas ramas son estudiadas de forma particular la primera por la física y la segunda por la química. Incluso, para ahondar en detalles es necesario agregar que en inglés se nombran de forma opuesta, por esas características del idioma anglosajón donde se escribe el adjetivo antes que el sustantivo. De este modo, la traducción al español de Physical Chemistry es Química física y de Chemical physics, Física química.

Algunos químicos que han colaborado con el avance de la tecnología y las mejoras en la calidad de vida de la humanidad han sido galardonados con el Premio Nobel de Química. Ellos son Aaron Ciechanover (de Israel), Avram Hershko (de Hungría) y Irwin Rose (de EE.UU).

   

LEY COMBINADA DE LOS GASES

TEMAS SELECTOS DE QUÍMICA

La materia de puede presentar en estado solido,liquido,gaseoso y plasma dicho estado se denomina estado de agregación de la materia,las características y particularidades del estado gaseoso,al no ser fácilmente perceptibles y manipulables , resulta complicado para su análisis.

LEYES DE LOS GASES

La determinación de una ecuación de estado de los gases implica inevitablemente la medición de la presión, o fuerza por unidad de área, que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión de los gases comúnmente se expresa en atmósferas o milímetros de mercurio.

El estudio sistemático del comportamiento de los gases le interesó a los científicos durantes siglos. Destacan los nombres de varios investigadores que establecieron las propiedades de los gases.

LEY DE BOYLE-MARIOTTE

La relación matemática que existe entre la presión y el volumen de un cantidad dad de un gas a una cierta temperatura fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Boyle encerró una cantidad de aire en el extremo cerrado de un tubo en forma de U, utilizando mercurio como fluido de retención. Boyle descubrió que el producto de la presión por volumen de una cantidad fija de gas era un valor aproximadamente constante. Notó que si la presión de aire se duplica su volumen era la mitad del volumen anterior y si la presión se triplicaba el volumen bajaba a una tercera mitad del inicial. También observo que al calentar un gas aumentaba su volumen si la presión se mantenía constante, a este proceso se le llama proceso isoborico.

La ley de Boyle se puede expresar como:

donde Kn,t es una constante cuyo valor depende de la temperatura y de la cantidad de gas.

Hoy, después de numerosas confirmaciones del trabajo de Boyle y experimentos adicionales, la relación entre el volumen y la presión de un gas se conoce como Ley de Boyle. Si aumenta la presión de un gas. El volumen disminuye proporcionalmente; por lo tanto, si la presión disminuye, el volumen aumenta. Si dos cantidades sob inversamente proporcionales, cuando una aumenta la otra disminuye.

Ejemplo: piense en un globo inflado, cuando oprimimos el globo (aumenta la presión) el volumen disminuye; al soltarlo (disminuye la presión) el volumen aumenta.

Un método que se utiliza extensamente para demostrar la relación entre dos cantidades es la construcción de gráficas, en las que se aprecia fácilmente como varían 2 cantidades entre sí.

Ley de Boyle:

“El volumen de un gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión”

LEY DE CHARLES

En 1787, Jacques Charles investigó la relación existente entre el volumen y la temperatura de una gas a presión constante. Usó un aparato similar al que se ve en la figura:

Al conservar la presión constante, el volumen aumenta y cuando la temperatura disminuye, el volumen también disminuye. Luego, había una proporcionalidad lineal directa entre el volumen y la temperatura, la cual se conoce como Ley de Charles.

Ejemplo: un globo lleno aumenta su volumen cuando se le caliente y lo disminuye cuando se le enfría.

Ley de Charles:

“El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura kelvin”.

LEY DE DALTON

Cuando Dalton formuló por primera vez su teoría atómica poco había elaborado la teoría acerca de la vaporización del agua y el comportamiento de mezclas gaseosas. A partir de sus mediciones dedujo que dos gases es una mezcla actuaban de manera mutuamente independiente.

Por ejemplo si se colocan tres gases en un recipiente de determinado volumen, V, se puede considerar que cada uno de los gases ocupa todo el volumen. Es decir, si el gas está cerrado, las moléculas del gas debido a su rápido movimiento azar y ase tamaño tan pequeño, ocuparán todo el recipiente. Luego, cada uno de los tres gases que forman todo el recipiente. Luego, cada uno de los tres gases forman la mezcla tendrá el volumen V. Ahora, si temperatura del recipiente tuviera un valor constante, T, cada uno de los gases tendría esta temperatura.

Si estudiamos cada uno de estos gases en forma separada, la contribución a la presión de cada componente está directamente relacionada con el número de moles del componente y con la razón a la que las partículas chocan con las paredes del recipiente. Dado que cada componente tiene el mismo volumen y temperatura, las diferencias entre las presiones que ejercen se deberá a los distintos números de moles.

La presión que ejerce un componente determinado de la mezcla de gases si éste ocupara por sí solo el recipiente, se llama presión parcial del componente. Las presiones parciales se calculan aplicando la ley de los gases ideales a cada componente. Así la presión parcial, Pc, para una componente consistente en nc moles está dada por la expresión:

Se puede calcular la presión parcial de cada componente, si se conoce el número de moles de cada uno en la mezcla encerrada en un volumen determinado, a una temperatura dada. Debido a que las partículas de cada gas componente se conducen en forma independiente, la presión total que ejerza la mezcla será un resultado de todas las partículas.

Establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales.

Pt = pa + pb + pc + ...

Está relación se conoce como Ley de las Presiones Parciales de Dalton e indica que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los componentes de la mezcla.

La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que existe entre las presiones parciales y la presión total de una mezcla de gases.

LEY DE GAY-LUSSAC

Cuando se investiga experimentalmente como depende entre sí el volumen y la temperatura de un gas a una presión fija, se encuentra que el volumen aumenta linealmente al aumentar la temperatura. Esta relación se conoce como Ley de Charles y Gay-Lussac, y se puede expresar algebraicamente por:

V = V0(1 + "t)

Donde V0 es el volumen que a la temperatura de 0 ºC, " es una constante que tiene aproximadamente el valor 1/273 para todos los gases y t es la temperatura en la escala Celsius. Esta ecuación establece que el volumen de un gas aumenta linealmente al aumentar su temperatura.

LEY COMBINADA DE LOS GASES

       La ley general de los gases o ley combinada dice que una masa de un gas ocupa un volumen que está determinado por la presión y la temperatura de dicho gas. Estudia el comportamiento de una determinada masa de gas si ninguna de esas magnitudes permanece constante.

       Esta ley se emplea para todos aquellos gases ideales en los que el volumen, la presión y la temperatura no son constantes. Además la masa no varía. La fórmula de dicha ley se expresa: (V1 * P1) / T1 = (V2 * P2) / T2 Es decir, el volumen de la situación inicial por la presión original sobre la temperatura es igual a el volumen final por la nueva presión aplicada sobre la temperatura modificada.

         La presión es una fuerza que se ejerce por la superficie del objeto y           que mientras más pequeña sea ésta, mayor presión habrá

          A partir de la ley combinada podemos calcular la forma como                   cambia el volumen o presión o temperatura si se conocen las                     condiciones iniciales (Pi,Vi,Ti) y se conocen dos de las                     condiciones finales (es decir, dos de las tres cantidades Pt, Vt, Tf).

Ley de Avogadro

El principio de Avogadro fue expuesta por Amedeo Avogadro en 1811 y complementaba a las de Boyle, Charles y Gay-Lussac. Asegura que en un proceso a presión y temperatura constante (isobaro e isotermo), el volumen de cualquier gas es proporcional al número de moles presente, de tal modo que:

Esta ecuación es válida incluso para gases ideales distintos. Una forma alternativa de enunciar esta ley es:

El volumen que ocupa un mol de cualquier gas ideal a una temperatura y presión dadas siempre es el mismo.

VELOCIDAD DE REACCIÓN

Es el área de estudio que se ocupa de la velocidad de reacción y de los factores que determinan esa velocidad, recibe el nombre de cinética química. La palabra "cinética" nos sugiere movimiento la idea de que las partículas de reactantes se mueven y chocan entre sí, siendo capaces de rompe enlaces y así dar curso a la reacción química.

Las reacciones necesitan de una cantidad mínima de energía para iniciarse, llamada energía de activación. Por ejemplo, un fósforo no se enciende hasta frotarlo y el carbón no arde hasta que le aplicamos un fósforo encendido. El calor liberado por el fósforo inicia la reacción entre el oxígeno del aire y el carbón. Como resultado de la reacción se desprende energía que se usa para continuar el proceso de combustión del carbón.

TEORÍA DE LAS COLISIONES

           

Para que ocurra una reacción química , los átomos que conforman las moléculas , deben chocar entre si con la orientación correcta y la energía suficiente para romper enlaces
Aplicando la teoría de las colisiones, la velocidad de reacción depende de la frecuencia de los choques entre las partículas de los reactantes. Por lo tanto, cuando la concentración se incrementa, y al haber más choques, una mayor cantidad de ellos serán efectivos, es decir, aumentará la velocidad de reacción y, por lo tanto, el proceso ocurrirá en menos tiempo.

Aún cuando los choques sean efectivos, no todas las reacciones se producen con la misma velocidad. Algunas ocurren en forma inmediata y otras demoran mucho tiempo en producirse

Energia de activación
Es la mínima cantidad de energía para que una reacción ocurra, sólo si esta se alcanza, la reacción procede.
Todo cambio (factor) que provocamos sobre la reacción y que favorece el que los reactantes alcancen la energía de activación, afectará la velocidad de dicha reacción.
Si la colisión entre las partículas de reactante, con la orientación adecuada, posee una energía mayor que la energía de activación la reacción puede llevarse a cabo. Si su energía es menor que la de activación, las partículas chocarán pero no sufrirán ningún cambio.

Los factores que afectan la velocidad de reacción son: la concentración de los reactantes, latemperatura a la que ocurre la reacción, el estado de división de los reactantes, la presión en sistemas gaseosos y la presencia de catalizadores. Alterando uno o varios de estos factores es posible o, conseguir que la reacción se detenga, o por el contrario que se desarrolle con una mayor rapidez.

1.- Factor concentración. Es fácil comprender que mientras mayor sea el número de partículas de reactantes (concentración), mayor será el número de colisiones y, por e lo tanto, mayor será la velocidad de reacción. Es decir, el proceso ocurrirá en menos tiempo.

Por ejemplo :Al abanicar el fuego estamos aumentando la concentración de oxígeno en el lugar de la combustión y, por lo tanto, aumenta la velocidad de reacción (de combustión) y el fuego se aviva más.

2.- Factor temperatura: Al aumentar la temperatura de una sustancia, aumenta su agitación térmica; esto es, se incrementa la energía cinética media de sus partículas. Por lo tanto, será mayor ,el número de partículas que chocan y que tienen la energía su-ficiente como para que la colisión sea efectiva. En consecuencia, al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de reacción, ya que las colisiones entre las partículas serán más frecuentes y más eficaces.

Se ha observado experimentalmente que la velocidad en las reacciones químicas aumenta con la temperatura: por cada 10°C de aumento de temperatura, se duplica la velocidad. Es decir ,la medida en que la temperatura es mayor ,las reacciones se aceleran.

3.- Factor estado de división. La velocidad de reacción será tanto mayor cuanto más divididos se encuentren los reactantes, en el caso de reactivos sólidos. Según la teoría de las colisiones, una mayor superficie de contacto, como la que tiene un sólido finamente dividido, posibilita que haya más partículas que puedan colisionar y por lo tanto la reacción ocurre en menor intervalo de tiempo.
Agitación

La agitación es una variante del punto anterior, lo que se logra agitando las sustancias reaccionantes, es mezclar íntimamente los reactivo aumentando la superficie de contacto entre ellos.

Factor presión. En el caso de que los reactantes sean gases, si se disminuye el volumen o se aumenta la presión del recipiente que contiene las sustancias reaccionantes, las partículas "están obligadas" a estar más cerca unas de otras, por lo que chocarán más, aumentando la velocidad de reacción.
En la figura anterior se observa, que aumentando la presión las moléculas de las sustancias reaccionantes se aproximan entre sí, acrecentando la posibilidad de choque entre sus moléculas, y por consiguiente se acelera la reacción.
Factor catalizador. Algunas reacciones ocurren muy lentamente. La velocidad de tales reacciones puede incrementarse gracias a la adición de catalizadores, unas sustancias que no son, ni los reactantes, ni los productos.

Un catalizador es una sustancia que, aun en cantidades muy pequeñas, tiene la propiedad de acelerar una reacción, actuando activamente en el proceso pero, sin consumirse en ella.
La acción de un catalizador se limita a bajar la barrera de la energía de activación de las partículas reaccionantes. Al necesitar menor energía de activación, por la presencia de un catalizador, un mayor número de partículas alcanza la energía suficiente para chocar eficazmente romper sus enlaces y así formar productos.

Las enzimas son un ejemplo de catalizadores biológicos. Producidas por los organismos vivos, aceleran las reacciones que serían muy lentas a la temperatura del cuerpo.

VELOCIDAD DE REACCIÓN

La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reacción por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tardar muchos años,pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo.

La cinética química es la parte de la fisicoquímica que estudia las velocidades de reacción, la dinámica química estudia los orígenes de las diferentes velocidades de las reacciones. El concepto de cinética química se aplica en muchas disciplinas, tales como la ingeniería química, enzimología e ingeniería ambiental.

EQUILIBRIO QUÍMICO

Cuando estamos en presencia de una reacción química, los reactivos se combinan para formar productos a una determinada velocidad. Sin embargo, los productos también se combinan para formar reactivos. Es decir, la reacción toma el sentido inverso. Este doble sentido en las reacciones que es muy común en química, llega a un punto de equilibrio dinámico cuando ambas velocidades se igualan. No hablamos de un equilibrio estático en el que las moléculas cesan en su movimiento, sino que las sustancias siguen combinándose formando tanto productos como reactivos. A este equilibrio lo llamamos equilibrio químico.

El equilibrio químico se representa a través de una expresión matemática llamada constante de equilibrio.

En una reacción hipotética:

aA  +  bB<——–> cC  +  dD

La constante de equilibrio esta dado por:

K = ( [D]d . [C]c )  /  ( [A]a . [B]b )  (Las minúsculas estan elevadas como potencia).

La constante de equilibrio químico es igual al producto de las concentraciones de los productos elevados a sus coeficientes estequiométricos (c y d) dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos elevados a sus coeficientes estequiométricos (a y b). Recordemos que estos coeficientes son los números que equilibran a las reacciones químicas. La constante no varía, por eso es constante. Solo depende de la temperatura. A cada temperatura distinta habrá valores diferentes de constantes para la misma reacción. Con respecto a las unidades de K, estas dependerán de la expresión matemática que quede en cada caso particular.

Según el valor que tenga la K de equilibrio, tendremos una idea certera de lo completa que puede llegar a ser una reacción. Si estamos en presencia de una K grande, mucho mayor que 1, la reacción tiende a completarse bastante a favor de los productos. Caso contrario sucede si la K es muy pequeña.

En el caso de aquellas reacciones donde figuren compuestos en estado gaseoso, la constante se denomina Kp en lugar de Kc como normalmente se usa en las reacciones. Kp hace alusión a la presión en lugar de la concentración molar.

Kp = Kc.(R.T)^∆ng

R = Constante universal de los gases.

T = Temperatura absoluta.

∆ng = Variación del numero de moles gaseosos.

PRINCIPIO DE LE-CHATELIER

Cuando hablamos de equilibrio aplicado a sistemas químicos o físicos, siempre se hace hincapié en el Principio de Le Chatelier. Este principio sostiene que un sistema siempre reaccionará en contra del cambio inducido. Por ejemplo, si una reacción gaseosa aumenta el volumen al formar productos, al aplicarle una presión tendera a formar reactivos, es decir, invertirá su sentido con la finalidad de disminuir esa presión. Otro ejemplo lo tenemos en las reacciones exotérmicas o endotérmicas, las que generan calor o absorben respectivamente. Si a una reacción exotérmica le damos calor, el sistema para disminuir la temperatura, irá hacia la formación de reactivos. De esta manera generara menos calor para atenuar el cambio. Y si es endotérmica formara más productos, y así, absorberá más calor evitando el ascenso térmico.

Cociente de reacción (Q):

Volviendo al tema de la constante de equilibrio, ahora explicaremos el concepto de Cociente de reacción. Matemáticamente es igual a la expresión de K, pero el significado es diferente.
El valor de Q nos indicará hacia donde tendera la reacción, es decir, no se refiere al punto de equilibrio como la K ya que es calculada en un momento distinto al equilibrio. Ahora si calculando Q nos arroja el valor de K concluimos que la reacción se encuentra en el equilibrio.

Si Q es mayor que K, las concentraciones o presiones parciales de los productos son mucho mayores, entonces la reacción tiende a formar reactivos, es decir, hacia la derecha. Si Q es menor que K, la reacción ira hacia la derecha, es decir, hacia el sentido de la formación de los productos.

SISTEMA TERMODINÁMICO

En termodinámica, un sistema es casi cualquier cosa. Se trata de una región del espacio dentro de la cual existen diferentes componentes que interactúan entre sí, intercambiando energía y en ocasiones masa.

Un sistema posee una frontera que lo delimita. Esa frontera puede ser material (las paredes de un recipiente, por ejemplo) o imaginarias (una sección transversal de un tubo de escape abierto, por ejemplo).

La zona del espacio que rodea al sistema y con la cuál éste interactúa mediante intercambios energéticos o materiales se denomina el ambiente o el entorno. El ambiente es la región desde la cual los observadores (que normalmente no forman parte del sistema) hacen las medidas acerca de éste e infieren sus propiedades. A diferencia del sistema, que evoluciona por su interacción con el ambiente, se suele considerar que el ambiente no se ve modificado por esta interacción. Un baño de agua en el que sumerge un cubito de hielo se supone a temperatura constante pese a la fusión del hielo. Si el ambiente estuviera evolucionando como consecuencia de la interacción, lo incluiríamos dentro del sistema y tomaríamos como ambiente una región más externa.

Al conjunto del sistema y el entorno se le denomina el universo. Obsérvese que en termodinámica el universo no es todo el Universo. El cubito de hielo inmerso en una olla con agua es considerado el universo en el estudio de la fusión del hielo.

La frontera de un sistema puede ser:

• Fija (las paredes de un recipiente) o móvil (un émbolo o pistón de un motor de explosión).
• Permeable a la masa o impermeable a ella. En el primer caso se dice que tenemos un sistema abierto (p.ej. un motor en el que entra combustible por un lado y salen gases por otro) y en el segundo uno cerrado (p.ej. en el circuito de refrigeración de una nevera, el gas freón que circula por los tubos nunca sale al exterior).
• Permeable al calor o impermeable a él. Si al poner en contacto el sistema con el ambiente se produce una transferencia de energía debido a la diferencia de temperaturas, se dice que la frontera es diaterma. Si el calor no puede atravesar la frontera se dice que ésta es adiabática

De un sistema cerrado y rodeado por paredes adiabáticas fijas (en el que por tanto no puede entrar ni salir ni masa ni energía), se dice que está aislado.

En un sistema cerrado se suele estudiar lo que se denomina una masa de control, cuya evolución se sigue en el tiempo, aunque ocupe una región variable del espacio. El ejemplo arquetípico es el de un cilindro lleno de gas en el que existe un pistón móvil. El pistón puede comprimir o expandir el gas, cuyo volumen por tanto cambia. La masa de gas contenida en el cilindro, en cambio, permanece constante.

        

En un sistema abierto se estudia lo que se denomina un volumen de control, usualmente fijo. Se trata de una región del espacio en el interior de la cual está el sistema termodinámico de interés y cuyas paredes pueden ser atravesadas por masa que entra o sale. La frontera del volumen de control podrá tener partes materiales y partes puramente geométricas. Un ejemplo lo tenemos en un calentador de agua doméstico en el cual entra agua fría por un lado del calentador (atravesando una frontera geométrica) fluye por el interior de aparato (con paredes sólidas) y sale, calentada, por el otro extremo (otra frontera inmaterial). En sistemas abiertos son de especial interés los estados de régimen estacionario, en los cuales el fluido entra por un lado y sale por otro lo hace siempre al mismo ritmo, de manera que una “foto” del sistema produce siempre la misma imagen. Los sistemas en régimen estacionario son más sencillos de estudiar ya que tienen bastantes similitudes con los sistemas cerrados.

ESTADOS DE EQUILIBRIO

En termodinámica son de especial interés los estados de equilibrio. Un sistema se encuentra en un estado de equilibrio si en ausencia de influencias externas permanece en él indefinidamente.

Existen diferentes tipos de equilibrio. Un sistema puede estar en alguno de ellos pero no en todos, si bien se considera que un sistema está en equilibrio, a secas, si se halla en todos ellos.

        Equilibrio mecánico

Cuando las distintas partes del sistema no se mueven debido a fuerzas internas. Por ejemplo, si tenemos una bombona de aire cuya presión es mayor en la parte inferior que en la superior, se producirá una corriente de aire de la parte inferior a la superior. En este caso no estaría en equilibrio mecánico.

        Equilibrio térmico

Cuando el sistema no experimenta flujos de calor internos debido a diferencias de temperatura dentro del sistema. Este concepto quedará explicado más en detalle al establecer el Principio cero de la termodinámica.

        Equilibrio de fases

Se produce cuando tenemos un sistema formado por la misma sustancia en diferentes estados (por ejemplo, hielo sumergido en agua) y no varía la cantidad de ninguna de las fases.

        Equilibrio químico

Se da cuando no se producen reacciones químicas en el interior del sistema o, más precisamente, cuando se hallan en equilibrio, de forma que la generación de productos se ve compensada exactamente por la regeneración de reactivos.

        Otros equilibrios

Cada posible forma de trabajo tiene asociado un equilibrio. Así, por ejemplo, si se ponen en contacto dos cuerpos cargados eléctricamente a diferente voltaje se produce un flujo de carga del de mayor voltaje al de menor voltaje. En el equilibro eléctrico no existe este flujo de carga.

    Los estados de equilibrio constituyen una idealización. Ningún sistema físico está          completamente en equilibrio (salvo cuando se llegue a la muerte térmica del Universo), pero constituyen modelos adecuados para sistemas que se caracterizan porque sus propiedades permanecen estables durante un tiempo relativamente largo.