La Termodinámica es la parte de las ciencias físico-químicas que estudia las transferencias de energía. En el caso que ahora interesa, que son las reacciones químicas, se suele hablar de Termoquímica, ya que los flujos de energía se producen en forma de calor.

Para estudiar la parte del Universo que interesa, el sistema termodinámico, se aísla de su entorno. El conjunto sistema-entorno recibe el nombre de Universo.

El estado de un sistema termodinámico está definido por los valores de determinadas variables, llamadas variables de estado, es decir, por los valores de sus magnitudes físicas medibles (P, V, T y composición). Cuando hay un cambio en alguna de estas variables de estado, el sistema evoluciona y se dice que se realiza un proceso termodinámico.

Por ejemplo, para un médico el sistema es el enfermo, que está aislado del exterior en hospitales (UCI). El estado del enfermo lo determina el valor de unas constantes físicas (temperatura, ritmo cardíaco, presión sanguínea, composición de la sangre y de la orina, etc), de forma que la evolución de la enfermedad viene dada por el cambio de esos parámetros.

En el caso de un gas que se calienta a presión constante, el recipiente se expande, de manera que han variado su temperatura y el volumen que ocupa, pero ha permanecido constante la cantidad de gas.

Interacciones sistema-entorno

El sistema puede interaccionar con el entorno intercambiando materia y/o energía. Fíjate en la imagen: si el sistema está aislado se puede intercambiar materia (añadir o quitar sustancia) y energía (por ejemplo, calentar o enfriar). Pero si está cerrado, ya no se puede intercambiar materia. Y si está aislado, tampoco energía (es el caso de un termo hermético).

En Química, el sistema termodinámico es el conjunto de sustancias que intervienen en la reacción. Con frecuencia se trata de un sistema cerrado, en el que se puede intercambiar energía pero no materia (recuerda que se cumple ley de Lavoisier de conservación de la masa).

En Termodinámica interesa estudiar dos formas de transferir energía:

a) Poniendo en contacto dos cuerpos que estén a distinta temperatura, con lo que se produce una transmisión de energía en forma de calor del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura.

b) Aplicando al sistema una fuerza capaz de provocar en el mismo un desplazamiento, con lo que se producirá trabajo. Es lo que sucede en una reacción química como la que ocurre en un cilindro de un motor de explosión, en la que se quema gasolina y los gases desprendidos a alta presión y temperatura desplazan el émbolo del cilindro.