En el área temática: La Termodinámica Química es el estudio del comportamiento de los sistemas químicos en términos de intercambio de energía y transformaciones.
Implica la comprensión de los principios y leyes que rigen las relaciones entre las propiedades de los materiales y los cambios que experimentan durante las reacciones químicas.
Definición generada por IA basada
En este resumen, se analizan los métodos y técnicas para el modelado computacional de materiales nucleares, con especial atención a los combustibles.
Se describen los conceptos básicos de También se incluyen descripciones de bases de datos disponibles para su uso en estudios de Termodinámica Química y códigos comerciales para realizar cálculos de equilibrio complejos.
Termodinámica: una ciencia que conecta la física y la biología
Las leyes generales que vinculan la biología y la física están particularmente relacionadas con las transformaciones de la energía, ya que la termodinámica es la ciencia fenomenológica que describe las características macroscópicas energéticas de los sistemas.
La Termodinámica, que se relaciona directamente con la biología, se conoce como Termodinámica Biológica .
Abarca temas relacionados con las inter conversiones de diferentes formas de energía, que van desde las de las reacciones químicas más simples hasta los cambios tróficos complejos de la biomasa de diferentes especies.
Las conversiones de energía y estructura en estos cambios complejos finalmente terminan y, se podría decir de otra manera, se transfieren a otra calidad en la gran cantidad de procesos sociales.
La Termodinámica Biológica, evolutiva y metodológicamente, comienza con la termodinámica de las reacciones químicas.
Se sabe que estas últimas han producido una enorme variedad de sistemas Bioquímicos separados en fases que están lejos del equilibrio (y también del estado estacionario) , y que en realidad son células bióticas.
Por lo tanto, se puede inferir que las leyes Termodinámicas (transformación energética) de la biología comienzan con las leyes Termodinámicas de las reacciones químicas.
El estudio de estas leyes se denomina cinética química .
Por ejemplo, los flujos Termodinámicos son las velocidades de las reacciones químicas, y las fuerzas químicas no son más que la afinidad por las reacciones químicas.
Es, por lo tanto, evidente que los temas de la Termodinámica Química y la cinética química se superponen en gran medida.
También se puede decir que los organismos bióticos son reacciones químicas complejas, separadas en fases, que contienen formas moleculares muy específicas de procesos de soporte informativo.
Se puede decir que estas reacciones, en el proceso de evolución, han permitido a los organismos adquirir no sólo grados de libertad mecánicos, sino también el desarrollo de grados de libertad más complejos y altamente adaptativos: los de la información.
En algunas etapas de la evolución, estas reacciones complejas mejoraron significativamente el papel de los bucles de retroalimentación reguladores termodinámicos, regulando, por ejemplo, el equilibrio térmico en el proceso de respiración celular o el mantenimiento de la temperatura del cuerpo, etc.
Sin embargo, los Sistemas Termodinámicos operan con algunas características que reflejan la jerarquía de las magnitudes físicas en el proceso de transformación de la energía.
La Termodinámica Biológica, a su vez, refleja la jerarquía del complejo mundo biológico.
Por lo tanto, es útil recordar la construcción de la Termodinámica.
Términos Termodinámicos jerárquicos y su definición con respecto a las diferencias cruciales en la jerarquía organizacional: un punto central en la diferencia entre los fenómenos termodinámicos puros y los biológicos .
Las leyes generales que vinculan la biología y la física están particularmente relacionadas con las transformaciones de la energía, ya que la termodinámica es la ciencia fenomenológica que describe las características macroscópicas energéticas de los sistemas.
La Termodinámica, que se relaciona directamente con la biología, se conoce como Termodinámica Biológica .
Abarca temas relacionados con las inter conversiones de diferentes formas de energía, que van desde las de las reacciones químicas más simples hasta los cambios tróficos complejos de la biomasa de diferentes especies.
Las conversiones de energía y estructura en estos cambios complejos finalmente terminan y, se podría decir de otra manera, se transfieren a otra calidad en la gran cantidad de procesos sociales.
La termodinámica biológica, evolutiva y metodológicamente, comienza con la termodinámica de las reacciones químicas.
Se sabe que estas últimas han producido una enorme variedad de Sistemas Bioquímicos separados en fases que están lejos del equilibrio (y también del estado estacionario) , y que en realidad son células bióticas.
Por lo tanto, se puede inferir que las leyes Termodinámicas (transformación energética) de la biología comienzan con las leyes Termodinámicas de las reacciones químicas.
El estudio de estas leyes se denomina Cinética Química .
Por ejemplo, los flujos Termodinámicos son las velocidades de las reacciones químicas, y las fuerzas químicas no son más que la afinidad por las reacciones químicas.
Es, por lo tanto, evidente que los temas de la Termodinámica Química y la cinética química se superponen en gran medida.
También se puede decir que los organismos bióticos son reacciones químicas complejas, separadas en fases, que contienen formas moleculares muy específicas de procesos de soporte informativo.
Se puede decir que estas reacciones, en el proceso de evolución, han permitido a los organismos adquirir no sólo grados de libertad mecánicos, sino también el desarrollo de grados de libertad más complejos y altamente adaptativos: los de la información.
En algunas etapas de la evolución, estas reacciones complejas mejoraron significativamente el papel de los bucles de retroalimentación reguladores Termodinámicos, regulando, por ejemplo, el equilibrio térmico en el proceso de respiración celular o el mantenimiento de la temperatura del cuerpo, etc.
. Ciertamente, los modelos de jerarquía de los fenómenos físicos no se limitan al modelo de física clásica de dos niveles. Algunos ejemplos pueden mostrarse mediante la estadística cuántica , por ejemplo, la estadística de Bose-Einstein o la de Fermi, conceptos jerárquicos basados en simetrías en física de partículas o átomo-núcleo-quarks-cuerdas. Sin embargo, al comparar la jerarquía en los campos de la Física/Termodinámica y la Biología, es fácil ver que estamos tratando con niveles basados en las leyes de la física clásica. Las moléculas y macromoléculas en biología (termodinámica biológica y cinética) se consideran objetos clásicos. Entonces, al considerar simplemente el micro nivel en Termodinámica, al comparar la jerarquía con la Biología, consideramos solo la mecánica y la Física basadas en la Termodinámica/estadística clásica.
En este sentido, la Termodinámica clásica puede considerarse un modelo jerárquico de dos niveles. Ciertamente, esta descripción debe equilibrarse en el sentido de los micro y macro parámetros involucrados.
La fuerza impulsora de las reacciones químicas de los radio nucleidos , incluida su evaporación del refrigerante, está regida por la termodinámica. La composición química de un sistema evolucionará hacia un estado de equilibrio que minimice la energía libre . La composición de equilibrio de un sistema multifásico se puede calcular empleando los métodos proporcionados por la Termodinámica Química clásica .
Un concepto central en la termodinámica química es el potencial químico, que es la energía libre molar parcial de una especie química en una fase.
Para la especie i disuelta en el refrigerante de metal líquido , el potencial químico µ i(lbe) en LBE a presión constante y a una concentración x i viene dado por:
(1)µilbe=µi°+RyoEngammail beincógnita,yoincógnitai(lbe)
donde µ i ° es el potencial químico de un estado estándar específico y γ i(lbe) ( x , T ) es el coeficiente de actividad dependiente de la concentración y la temperatura . El término RT ln γ i(lbe) ( x , T ) también se denomina energía libre molar parcial en exceso de la mezcla.
El estado estándar se elige con frecuencia, pero no siempre, como la especie en su estado líquido puro .
En los sistemas refrigerados por LBE,
los radio nucleidos suelen estar presentes en niveles de ppm o inferiores
. En el régimen diluido, el coeficiente de actividad con frecuencia se vuelve independiente de la concentración, es decir, γ i(lbe) ( x , T ) ≈ γ i(lbe) ( T ).
Este es el denominado límite diluido ideal o límite de Henry.
El coeficiente de actividad de una especie muy diluida en solución es difícil de medir.
Las técnicas más comunes son la medición de la presión de vapor de equilibrio del soluto y la medición de la fuerza electromotriz (FEM). Alternativamente, el coeficiente de actividad del límite diluido puede estimarse a partir de mediciones a concentraciones más altas.
Esto con frecuencia implica hacer suposiciones sobre la dependencia de la concentración del coeficiente de actividad.
Se necesita un modelo para la solución. Muchas soluciones metálicas satisfacen el comportamiento de solución regular, 17 pero a menudo en los análisis de diagramas de fase se incluyen términos adicionales en la expansión del exceso de energía de Gibbs de acuerdo con el modelo de solución de Redlich-Kister. 18
Si los coeficientes de interacción de una expansión de Redlich-Kister, o cualquier otro modelo de solución, se han determinado a partir de un análisis tipo CALPHAD de datos experimentales obtenidos a altas concentraciones, se pueden calcular los coeficientes de actividad a dilución infinita .
Cuando no se dispone de mediciones a altas concentraciones, se pueden utilizar métodos teóricos para estimar las propiedades termodinámicas del soluto, como los coeficientes de actividad. El modelo semiempírico Miedema se ha utilizado para estimar la Entalpía de Solución y la solubilidad de elementos metálicos en plomo, bismuto y LBE.
Dentro de los estudios de licenciamiento para el objetivo MEGAPIE, se desarrolló un conjunto de parámetros que permite utilizar el modelo Miedema para estimar datos Termoquímicos para la interacción de cal cógenos con metales, con el objetivo principal de obtener estimaciones sobre los datos faltantes para el polonio . El conjunto de parámetros se comparó con los cal cógenos más ligeros O, S, Se y Te.
En general, se obtuvo un acuerdo razonable con los datos de la literatura, y las tendencias generales de estabilidad a lo largo de la tabla periódica se reproducen bien.
Además del modelo Miedema, las interacciones de especies disueltas en refrigerantes de metales pesados también se estudian cada vez más utilizando cálculos de primeros principios. 24,25
La constante de equilibrio K para esta reacción es la constante de Henry .
Es una cantidad importante en el estudio experimental de la evaporación de impurezas disueltas de LBE y se determina típicamente midiendo la concentración x M y la presión parcial p M a una temperatura determinada.
Los radio nucleidos en LBE también pueden formar compuestos condensados, por ejemplo, por reacción con Pb y Bi, con oxígeno disuelto en el LBE para formar partículas de óxido sólido , o por adsorción en superficies de acero sumergidas.
Tales reacciones conducen a una distribución altamente no uniforme de radio nucleidos en el sistema primario. Debido a la alta densidad de LBE en comparación con la mayoría de los compuestos de radio nucleidos y otras impurezas, estas últimas se acumularán con frecuencia en la superficie libre entre el gas de cobertura y el LBE.
Tales efectos de enriquecimiento se han observado claramente en el LBE irradiado del objetivo MEGAPIE (ver a continuación).
El enriquecimiento también puede ser causado por la adsorción de radio nucleidos en superficies, ya sea del líquido en superficies de acero sumergidas o de la fase gaseosa.
Las cantidades Termodinámicas, como las Entalpías de Adsorción de especies gaseosas, se han determinado experimentalmente mediante métodos de termo cromatografía (para las especies de gas de polonio, se han estimado teóricamente utilizando el modelo de Eichler-Miedema y mediante cálculos DFT .
El sistema primario de un reactor refrigerado por LBE es un sistema multifásico y multi componente .
La concentración de los diversos componentes en las diferentes fases en equilibrio de un sistema tan complejo se puede calcular utilizando el método de minimización de la energía de Gibbs
. La precisión de dicho cálculo de equilibrio depende en gran medida de la integridad y calidad de los datos termodinámicos de las especies químicas participantes, así como de la validez del supuesto de equilibrio.
De un enorme conjunto de preguntas relacionadas con el tema de la Bioquímica , solo se seleccionan aquellas que son directamente relevantes para el tema
Se discuten los problemas de la Termodinámica y la Cinética Química .
El lector encontrará la información principal sobre Algunos elementos de la Química Orgánica
La Termodinámica es la ciencia que encadena y establece la relación con la química de la vida.
NO SE DEBE SER DÉBIL, SI SE QUIERE SER LIBRE
