ficoAI_23marz15 clase 1.ppt

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  • FISICOQUMICA AIUNMSM FQeIQ E. A. P, de QUMICA D. A. FisicoqumicaDr. J. Amrico Cjuno H.2005-II2014- I2015-1

  • Reaccin de B-Z

  • INTRODUCCIN

  • DEFINICIONES Y PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

  • Sistema. Estado. Proceso.Estado y fase.Calor. Trabajo.Capacidad calorfica.Coeficiente de dilatacin cbica ().Factor de compresibilidad ().Relaciones matemticas tiles para f(P,V,T)=0.La ley cero de la termodinmica.

  • FASEEs un estado de la materia uniforme a lo largo, no slo de la composicin qumica, sino tambin del estado fsico [Gibbs]

  • COMPONENTES El nmero de componentes, es el nmero mnimo de especies necesarias para definir la composicin de todas las fases presentes en un sitema

  • Agua Fases: slido, lquido, vapor.

    La composicin de cada fase se puede expresar en trminos del nico constituyente AGUA (sistema de un nico componente).Sistema: Na2SO4 H2OComponentes= ?Fases= 7Sistema: MgCO3(s) MgO(s) + CO2(g)Componentes= ?Fases= 3

  • Sistema: Na2SO4 H2OComponentes= 2Fases= 7

  • Sistema: MgCO3(s) MgO(s) + CO2(g)Componentes= 2Fases= 3

  • Sistema. Estado. Proceso.Estado y fase.Calor. Trabajo.Capacidad calorfica.Coeficiente de dilatacin cbica ().Factor de compresibilidad ().Relaciones matemticas tiles para f(P,V,T)=0.La ley cero de la termodinmica.

  • Relaciones matemticas tiles

  • Ley cero de la termodinmicaSi A est en equilibrio trmico con B y este con C,entonces A est en equilibrio trmico con C.

    Ley del equilibrio trmico

    Garantiza la construccin de un aparato para la medicin de la temperatura.

  • I. ESTADO GASEOSO, LQUIDO Y SLIDO

  • Estados de agregacin molecular de la materia(A condiciones ambientales)S, L ( fases condensadas)GEl estado particular de agregacin de una sustancia, est determinado por la temperatura y presin bajo la cual existe

  • CONDICIONES DE PRESIN (P) Y TEMPERATURA (T)Condiciones ambientales (en cualquier punto geogrfico)P = ambiental; T = ambientalCondiciones normales (CN)P = 1 atmsfera; T = 0C = 273 KCondiciones estndarP = 1 tmsfera; T = 25C

  • Senamhi

  • Senamhi

  • La Estacin Meteorolgica UNMSMEscuela de Ingeniera Mecnica de Fluidos Latitud Sur: 12 03' 22Longitud Oeste: 77 04' 54.5" Altitud: 73 msnm

  • Heligrafo: k lux; hors de solPluvigrafo: pulg. o mm.Anemmetro: m/s; gradosSensor de humedad y presin: HR(%); hPa, mmHgSensor de temperatura del aire C o F

  • Diagrama de fases para una sustancia simple (agua)P = 4,57 mmHgT = 0,010C

  • VAPORSOLIDOLIQUIDO

  • PROPIEDADES: LQUIDO, SLIDO(fases condensadas)A presin y temperatura normal (CN), para un mol de sustancia:

    Volumen* de slidos y lquidos:10 - 100 mL* Volumen de un mol de cualquier gas 22 400 mL.Fuerzas de interaccin intermoleculares fuertesCoeficientes de dilatacin () y compresibilidad ()Calores de fusin, vaporizacin y sublimacin (H)Presin de vapor (PV)Viscosidad ()Tensin superficial ()

  • DIFERENCIAS ESTRUCTURALES ENTRE SLIDOS, LQUIDOS Y GASES(Tarea)

  • Diferentes densidades (g/cm3) para el estado slido, lquido y gas.

    SlidoLquidoGasAr1.651.400.001784N2 1.0260.80810.001251O2 1.4261.1490.001429

  • Principio de continuidad de estadosNo siempre es posible distinguir entre un lquido y un gas

  • GAS IDEAL, GAS REAL Y CONTINUIDAD DE ESTADOS

  • Tamao molecularFuerzas intermoleculares

  • Condensacin de gases: puntos crticos(Louis Cailletet, 1877)Despes de licuar oxgeno y nitrgeno por medio de una expansin rpida de gases fros comprimidos pudo concluir que, para cada gas existe una temperatura crtica Tc, arriba de la cual no puede ser licuado sin importar qu tan grande sea la presin aplicada.

    La presin necesaria para licuar el gas se llama presin crtica Pc. El volmen del gas a la Pc y Tc es el Vc.

    El estado del gas a la Pc, Vc y Tc se denomina punto crtico.

    Los valores Pc, Tc y Tc son las constantes crticas del gas.

  • Isotermas del CO2 cerca del punto crtico31,013C (304K). Area sombreada L-V.L+VGas

  • Tamao molecularFuerzas intermolecularesLas desviaciones del estado idealdependen de la densidad del gas,por lo que es mejor representar lala ecn. de estado como una serie de potencias en n/V.B(T), C(T), son el segundo,tercero, etc. Coefs. Viriales.utiles tambin en soluciones y modelos tericos estadsticos.

  • ECUACIN VIRIAL EN RELACIN A LOS DATOS EXPERIMENTALES, Argn A 298KGrfica de los segundos coeficientes viriales (B) de varios gases en funcin de la temperatura.

  • ESTADOS CORRESPONDIENTESLas relaciones de P, V, T con los valores crticos Pc, Vc, Tc, reciben el nombre de reducidos.Van der Waals (1881), a presiones moderadas, todos los gases siguen la mismaecuacin de estado en trminos de las variables reducidas. As VR = F(PR,TR).Donde F podra ser la misma funcin para todos los gases. Esta es la regla deestados correspondientes.

  • Si la regla o principio de estados correspondientes fuera exacta, entoncesla relacin crtica, sera la misma para todos los gases. La comprobacin (usando los datos de puntos crticos), muestra que esta relacin para los gasesComunes vara entre 0,20 a 0,33.El principio de estados correspondientes es importante, porque muestra que la desviacin que experimenta un gas respecto de su comportamiento ideal, no se determina con valores absolutos P, V, T sino con los valores reducidosPR, VR y TR. En este sentido el factor de compresibilidad Z, ser mucho mejor expresarla como una funcin de las variaciones reducidas, esto es:

  • Ej. Un gas tiene Tc = 289,7 K, Pc = 5,88 MPa. Con el factor de compresibilidadDe la figura anterior, calcular el volumen de un mol del gas a una presin de 12,47MPa y 320 K. Comparar este volumen con el valor del gas ideal.

  • Pesos moleculares y densidades aproximadas de los gases y vapores PV=nRTMetodo de Regnault para Mgas.(Masa de bulbo con gas Masa de bulbo al vaco = masa del gas)Mtodo de Dumas para vapor y Mvap.Mtodo de Victor Meyer para vapor y Mvap.

  • Determinacin exacta de los pesos moleculares(Van der Waals, Berthelot o densidades lmite con P 0)

  • Leyes de los gases(mezclas)Ley de Dalton (Pt = p1+p2++pi ; pi = xi Pt)Ley de Amagat (Vt = v1+v2++vi ; vi = xi Vt)Ley de difusin de Graham (gases puros):t = totalv = velocidadx = fraccin molarM = peso molecularVm = volumen molar = densidad

  • Mezclas de gases, soluciones lquidas y disoluciones de gases en lquidosLey de Dalton:Ley de Raoult:Ley de Henry:

  • II. TEORA CINTICA MOLECULAR DE LOS GASES IDEALES (TCMGI)Elucidacin terica del estado de los gases en base a postulados y supuestos(Bernoulli, 1738; Clausius, Maxwell, Boltzmann, Van der Waals y Jeans)

  • PostuladosLos gases estn constituidos por entidades discretas llamadas molculas de igual masa y tamao.

    Las molculas del gas estn en movimiento catico, colisionando entre si y con las paredes del recipiente originando una presin sobre la superficie de colisiones.

    Las colisiones son elsticas (sin prdida de energa)

    La temperatura absoluta es una magnitud proporcional al promedio de las energas cinticas.

    A bajas presiones la distancia promedio entre molculas es grande en relacin al dimetro molecular, por lo que las fuerzas de atraccin se consideran despreciables.

    Como las molculas son pequeas en relacin con la distancia entre ellas, su volumen se considera despreciable en relacin al total.

  • La molcula con velocidad vx, al chocar con el plano yz y el momento (P=mv) mvx rebotar con vx y momento mvx.La variacin del momento por molculay colisin en x es mvx - (- mvx) = 2 mvx.Antes de que pueda golpear de nuevo la misma pared debe recorrer el camino de ida y vuelta con lo que recorrer la distancia 2l . Con esto, el nmero de Choques por unidad de tiempo (s) ser:

  • Cambio total de la cantidad de movimiento por molcula y segundo en la direccin x, es dos veces la cantidad sealada en la ecuacin anterior:

  • Como la velocidad con la que vara la cantidad de movimiento, es la fuerza que acta por unidad de rea, entonces se tiene:Los clculos se dedujeron para un cubo; los resultados son equivalentes para todas las formas de recipientes.

  • La velocidad de las molculasDe acuerdo con la TCMG, todas las molculas a igual temperatura deben Poseer la misma energa cintica promedio:

  • Ej. Hidrgeno a 0C (273,15K), R = 8,314x107 erg/mol.grado, M = 2,016.

  • La energa cintica de traslacin

  • Ej. A 300 K, todos los gases ideales presentan una energa de traslacinIndependiente de la naturaleza o presin del gas.

  • Distribucin de las velocidades molecularesEn los tratamientos anteriores se consider la velocidad cuadrtica media, lo cualno es cierto, ya que como consecuencia de las colisiones hay una redistribucin de la energa y velocidades.

    Maxwell y Boltzmann, basados en consideraciones de probabilidad, demostraron que la distribucin de las velocidades moleculares depende de la T y M del gas y est dado por:

  • La velocidad ms probable, no es igual a la velocidad cuadrtica media v o a la del promedio de todas las molculas (v-barra).Si c1, c2, cn son las velocidades individuales de n molculas, se tendr:La TCMG, demuestra que:

  • Para una molcula con velocidad c,

  • Frecuencia de colisiones y camino libre medioComo un gas contiene n* molculas idnticas/1cm3, el nmero de stas con que choca una sola por segundo es:Como cada choque se da entre dos molculas, el nmero de ellos por cada cm3Por segundo Nc, ser la mitad de dicha cantidad.

  • Camino libre medio (l)(Distancia promedio que recorre una molcula antes de su c