Figura. Trabajo de una reacción química.

El aparato de cilindro de pistón móvil conectado a un manómetro y un recipiente de reacción es un modelo ideal para comprender las leyes de la termodinámica en un sistema químico real. Para empezar, si sellamos este sistema, la presión interna se alineará con la presión externa o atmosférica, estableciendo un punto de equilibrio inicial. El "reactor" en sí lo dividimos en dos regiones: por un lado, una disolución de ácido clorhídrico diluido y, por el otro, una cámara separada que contiene un metal reactivo, como el zinc (Zn). Esta configuración nos permite controlar el inicio de la reacción y observar los cambios energéticos de manera aislada.

Cuando se abre la cámara y el zinc entra en contacto con el ácido clorhídrico, se inicia una típica reacción de desplazamiento de gases. Esta reacción genera gas hidrógeno (H₂), aumentando rápidamente la cantidad de partículas en el interior del cilindro. El incremento en el número de partículas, sumado al calor liberado por la reacción (que eleva la temperatura del gas), provoca un aumento significativo de la presión interna. Esta presión interna, ahora mayor que la externa, genera trabajo sobre los alrededores, forzando al pistón a moverse hacia arriba y expandiendo el volumen del sistema. Este movimiento del pistón es la manifestación directa del trabajo realizado por el sistema químico sobre su entorno.

Para los efectos matemáticos y el análisis termodinámico, es crucial definir con precisión los "alrededores efectivos". En este modelo, los alrededores que realmente nos interesan y que interactúan con el sistema en términos de trabajo son únicamente el área del émbolo que se eleva. Todas las demás superficies del cilindro y del recipiente de reacción se consideran aisladas térmicamente y mecánicamente, lo que significa que no contribuyen significativamente a los cálculos de trabajo ni de calor en este análisis simplificado. Al centrar nuestro análisis en el área del pistón y el gas, podemos cuantificar de forma precisa el trabajo y el cambio de energía interna de la reacción.