Química Física I: Comportamiento de Gases, Apuntes de Cálculo Avanzado

¡Descarga Química Física I: Comportamiento de Gases y más Apuntes en PDF de Cálculo Avanzado solo en Docsity! ÍNDICE QUIMICA FISICA I WILSON REYES LAZARO COMPORTAMIENTO PVT DE LOS GASES ÍNDICE DEFINICION • La química física, también llamada fisicoquímica, es una subdisciplina de la química que estudia la materia empleando conceptos físicos y químicos. • La química física, es en donde ocurre un intercambio de diversas ciencias, como la química, la física, las matemáticas para interpretar fenómenos a nivel molecular y atómico. ÍNDICEV. Ostwald (1887) es considerado fundador de la Química Física(Universidad de Leipzig) con Arrhenius, Van´t Hoff y Nernst ). • El físico estadounidense del siglo XIX Willard Gibbs es también considerado el padre fundador de la fisicoquímica, donde en su publicación de 1876 llamada On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (Estudio sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas) acuñó términos como energía libre, potencial químico, y regla de las fases, que años más tarde serían de principal interés de estudio en esta disciplina. ÍNDICE • La fisicoquímica moderna tiene firmes bases en la física pura. Áreas de estudio muy importantes en ella incluyen a la termodinámica , cinética química, electroquímica, química cuántica, mecánica estadística, química del estado sólido y de superficies, y espectroscopia. La fisicoquímica forma parte fundamental en el estudio de la ciencia de materiales. ÍNDICE LEYES DE LOS GASES ÍNDICE Leyes de los gases
Modelo molecular para la ley de Avogadro
Estado gaseoso
Medidas en gases
Leyes de los gases
Ley de Avogadro
Ley de Boyle y Mariotte
Ley de Charles y Gay-Lussac (1ª)
Ley de Charles y Gay-Lussac (2ª)
Teoría cinética de los gases
Modelo molecular para la ley de Boyle y Mariotte
Modelo molecular para la ley de Charles y Gay-Lussac
Ecuación general de los gases ideales ÍNDICE Estados de la materia GAS LÍQUIDO SÓLIDO ÍNDICE Las partículas son independientes unas de otras, están separadas por enormes distancias con relación a su tamaño. A las mismas condiciones de presión y temperatura, el volumen de un gas no depende más que del número de partículas (ley de Avogadro) y no del tamaño de éstas, despreciable frente a sus distancias. -Pueden ser licuados y solidificados por suficiente compresión y/0 enfriamiento. -Las partículas de un gas se mueven con total libertad y tienden a separarse, aumentando la distancia entre ellas hasta ocupar todo el espacio disponible (expansibilidad). -Tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene. -Las partículas de un gas se encuentran en constante movimiento en línea recta y cambian de dirección cuando chocan entre ellas y con las paredes del recipiente. -Estos choques de las partículas del gas con las paredes del recipiente que lo contiene son los responsables de la presión del gas. -Las colisiones son rápidas y elásticas (la energía total del gas permanece constante). -Sus propiedades en general son independientes de su dirección y posición. Estado Gaseoso ÍNDICE HCl y NH3 gaseosos ESTADO GASEOSO Cl2 gaseoso ÍNDICE Para conocer las propiedades térmicas y mecánicas de los gases, es necesario conocer ciertas cantidades medibles. Estas son: Presión, volumen, temperatura y masa(moles). Estas se relacionan matemáticamente como: F(P,V,T, n)=0; para una cantidad fija de gas: De los cuales dos son independientes y una dependiente. ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES ÍNDICE Leyes de los gases Ley de Avogadro El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de materia (número de moles), a presión y temperatura constantes. A presión y temperatura constantes, volúmenes iguales de un mismo gas o gases diferentes contienen el mismo número de moléculas. V α n (a T y P ctes) V = k.n V ( L ) n ÍNDICELey de Boyle y Mariotte(1627-1691) El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que soporta (a temperatura y cantidad de materia constantes). V α 1/P (a n y T ctes) V = k/P Transformación isotérmica ÍNDICE Modelo Molecular para la Ley de Boyle y Mariotte V = K . 1/P ( n y T ctes) El aumento de presión exterior origina una disminución del volumen, que supone el aumento de choques de las partículas con las paredes del recipiente, aumentando así la presión del gas. Teoría cinética de los gases ÍNDICE Modelo Molecular para la Ley de Charles y Gay-Lussac V = K . T (n y P ctes) Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad media de las partículas, y con ello el número de choques con las paredes. Eso provoca un aumento de la presión interior que desplaza el émbolo hasta que se iguala con la presión exterior, lo que supone un aumento del volumen del gas. Teoría cinética de los gases ÍNDICE RESUMEN LEYES DE LOS GASES LY ÍNDICE La ley de las presiones parciales o ley de Dalton fue formulada en el año 1803 por John Dalton LEY DE DALTON “ La presión total ejercida por una mezcla de gases que no reaccionan químicamente es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si ocupase sólo el volumen del recipiente de la mezcla a la misma temperatura” ÍNDICE ÍNDICE EJEMPLO: Un tanque metálico contiene 10 dm3 de nitrógeno a una presión de 1013,3 kPa y está conectado a otro que contiene 30 dm3 de argón 2026,5 kPa. Ambos se encuentran a la misma temperatura. Al abrir la válvula que separa los dos gases: a)Calcule la presión final alcanzada por la mezcla b)Cuál es la composición de la mezcla. Solución N2 Ar ÍNDICE LEY DE GRAHAM En 1829 Thomas Graham anuncia: a T y P constantes la velocidad de efusión de los gases varía inversamente proporcional con la raíz cuadrada de su masas molares o densidades. Es decir: Sean dos gases 1 y 2, con masas molares M1 y M2 y velocidades de efusión, U1 y U2 respectivamente, entonces: ÍNDICE COMPRESIBILIDAD Y EXPANSIVIDAD Coeficiente de expansividad térmica: αp ÍNDICE GASES REALES: DESVIACIONES DE LA IDEALIDAD Cuando los gases son sometidos a a las presiones y/o bajas temperaturas, muestran desviaciones de las leyes de los gases ideales. Una forma de expresar estas desviaciones, se obtiene partiendo de la ecuación de estado del gas ideal., es decir PV=n.z RT La función z depende de P y T, se llama factor de compresibilidad o compresión. Corrige de manera empírica el comportamiento del gas no ideal, Z(P,T), se define por la relación: ÍNDICE Z= ÍNDICE Figura: Isotermas a 0ºC para diferentes gases Z= ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE agua, Ttp = 0.01°C Ptp = 0.6117 kPa ÍNDICE ÍNDICE T-v diagram for the heating process of water at constant pressure. The liquid–vapor saturation curve of a pure substance (numerical values are for water). ÍNDICE T-v diagram of constant-pressure phase-change processes of a pure substance at various pressures (numerical values are for water). Critical point: The point at which the saturated liquid and saturated vapor states are identical. ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE PROBLEMA: En un proceso industrial se calienta nitrógeno desde 300 K hasta 500K a volumen constante. Si el gas entra al sistema a una presión de 100 atm . ¿Qué presión alcanzará a la temperatura final?. Trátelo como gas de Van Der Waals. Las constantes de VDW para el nitrógeno son: ÍNDICE ÍNDICE Ley de los estados correspondientes Todos los gases reales a la misma presión y temperatura reducidas ocupan el mismo volumen reducido. ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICEPROBLEMA: Se desea almacenar 0,454 kg de amoniaco en un cilindro de 0,031 m3 de capacidad a una temperatura de 338,7 K. Calcule la presión que el gas alcanzará en el recipiente, mediante la ecuación generalizada de los gases(Ley de los estados correspondientes). Para el N2: Pc=111,3 atm y Tc= 405,4K. SOLUCIÓN: ÍNDICE PRACTICA DE AULA Calcule la presión a la cual es sometido 5 moles de etano para que contenga un volumen de 1,05 litros a la temperatura de 185,1 ºC Utilizando la ecuación generalizada de los gases. Para el metano: Pc= 48,2 atm y Tc= 305,4K ÍNDICE