Sistema cerrado en química: definición y ejemplo

Definición de un sistema cerrado

Probablemente haya puesto refrescos en una hielera con hielo para mantenerlos fríos. Cuando la tapa de la hielera está cerrada, nada puede entrar o salir, y las paredes aisladas parecen mantener todo el contenido agradable y helado. Sin embargo, si pasa suficiente tiempo, el hielo eventualmente se derrite en agua. Este es un excelente ejemplo de un sistema cerrado. ¿Qué es un sistema y, más concretamente, qué es un sistema cerrado? ¿Cómo se utilizan los sistemas cerrados en química?

Refrigerador con refrescos helados

El concepto de sistema proviene de la termodinámica , una rama de la física que estudia la transferencia de energía entre los objetos y su entorno. Un sistema dentro de la termodinámica se define como parte del universo físico. El sistema podría ser el motor de un automóvil, una masa de aire en la atmósfera o incluso una lata de refresco. Los sistemas están separados del resto del universo físico (o los alrededores) por un límite que puede ser real (como las paredes de un enfriador) o imaginario, utilizado para enfocarse en una parte específica de una situación complicada, como el cilindro de combustión. dentro de un motor.

Se muestra un motor con cilindros

Los sistemas se clasifican de tres formas básicas: abiertos, cerrados o aislados. Estos describen cómo se permite que la energía y la materia entren o salgan del sistema. Dentro de un sistema abierto , la materia y la energía cruzan libremente los límites del sistema. Por ejemplo, la Tierra puede considerarse un sistema abierto porque la luz solar llega a la superficie de nuestro planeta, los meteoritos pueden entrar en nuestra atmósfera y podemos enviar objetos al espacio. Los sistemas cerrados , como el enfriador cerrado descrito anteriormente, permiten que la energía cruce los límites del sistema, pero se evita que se agregue o elimine materia del sistema. Los sistemas aislados no permiten que ni la materia ni la energía crucen los límites del sistema.

La Tierra, un sistema abierto

Ejemplos de sistemas cerrados en química

Los sistemas cerrados en química son extremadamente útiles para realizar reacciones químicas y reorganizar los átomos dentro de la materia para dar nuevas combinaciones de átomos. Se utilizan tanto en el laboratorio como en industrias químicas como la fabricación de medicamentos. Las reacciones ocurren en un recipiente especial conocido como reactor químico que ha sido sellado para evitar que ingrese cualquier materia. El reactor sellado es ahora un sistema cerrado que permite el control cuidadoso del flujo de energía a través de las paredes del reactor mediante calentamiento o enfriamiento.

Un reactor químico que actúa como un sistema cerrado.

Otra aplicación importante de los sistemas cerrados en química es cuando las mediciones de la energía relacionada con las reacciones químicas deben medirse en un laboratorio. La medición de la energía, también conocida como calorimetría , se realiza con un recipiente aislado y sellado que se llama calorímetro . El calorímetro sellado, que actúa como un sistema cerrado de la misma manera que un reactor químico, contiene termómetros que monitorean los cambios de temperatura cuando ocurre una reacción. Basado en el cambio de temperatura, la energía de la reacción química se calcula fácilmente. Los calorímetros aparecen en una amplia variedad de formas, desde los llamados calorímetros de «bomba» que se utilizan para determinar el contenido energético de los alimentos hasta los calorímetros de taza de café simples que muchos estudiantes utilizan en los laboratorios de ciencias.

Diagrama de un calorímetro de bomba

Calorímetro de taza de café utilizado en un aula

Resumen de la lección

Los sistemas cerrados se definen por termodinámica como sistemas que permiten que solo la energía cruce su límite. Los sistemas cerrados se utilizan en química para realizar reacciones en condiciones controladas con el fin de eliminar la introducción accidental de materia. Los sistemas cerrados también se utilizan en calorimetría , una técnica que mide la energía asociada con una reacción química.

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