Análisis de Gases Reales: Diferencias con Gases Ideales y la Ecuación de Van der Waals, Apuntes de Química

¡Descarga Análisis de Gases Reales: Diferencias con Gases Ideales y la Ecuación de Van der Waals y más Apuntes en PDF de Química solo en Docsity! INGENIERIA DEL GAS LEY DE GASES REALES: Un gas real se define como un gas con un comportamiento termodinámico que no sigue la ecuación de estado de los gases ideales. GASES REALES 1) Establezca en forma breve las diferencias entre gas ideal y un gas real - Para un gas ideal la variable "z" siempre vale uno, en cambio para un gas real, "z" tiene que valer diferente que uno. - la ecuación de estado para un gas ideal, prescinde de la variable "z" ya que esta para un gas ideal, vale uno. Y para un gas real, ya que esta variable tiene que ser diferente de uno, así que la formula queda de esta forma: p.V = z.n.R.T. - la ecuación de Van der Waals se diferencia de las de los gases ideales por la presencia de dos términos de corrección; uno corrige el volumen, el otro modifica la presión. - Los gases reales, a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales, actúan como gases ideales. 2) El gráfico que se muestra a continuación representa el comportamiento de licuefacción de un gas - Indique: las fases existentes el los diferentes tramos de una curva. Para esto llamaremos "curva u-v" a la isoterma en 0 °C Curva " w-x " a la isoterma en 30,9 °C y, Curva "y-z" a la isoterma en 48 °C Las fases en la curva u-v son: desde "u" hasta el principio de la campana de saturación es líquido, dentro del domo de saturación, la fase es de líquido - Vapor, y cuando la curva sale del domo, lo hace en estado gaseoso. Las fases en la curva w-x son: desde "w" hasta el punto máximo del domo de saturación es líquida, en el punto máximo, la fase es mixta; líquido - vapor,y a partir del punto, es gaseosa. En la isoterma de 48 °C existe una sola fase, la cual es constante; la gaseosa, ya que la isoterma está por encima del punto crítico de la temperatura. - Cuál es la diferencia básica que presentan las curvas a medida que se aumenta la temperatura. A medida que se aumenta la temperatura, el líquido se convierte en vapor hasta llegar a gas - Que nombre recibe la curva segmentada. A la curva segmentada, se le llama, curva de coexistencia líquido - Vapor. - Que representa el punto crítico. Desde el punto de vista de la temperatura, el punto crítico representa la temperatura máxima a la cual un elemento permanece en estado líquido, y la presión crítica, es la presión medida a esta temperatura. 3) Explique las correcciones hechas por Van der Waals a la ecuación general de los gases. (Introducción de las constantes a y b). Introducción de las constantes a y b en la ecuación de Van der Waals La ecuación de Van der Waals, fue presentada en 1873 como un perfeccionamiento semiteórico de la ecuación de gas ideal. La ecuación de estado de Van der Waals es: P = R.T/(v - b) - a/v² La constante b es la corrección por el volumen ocupado por las moléculas, y el término a/v² es una corrección que toma en cuenta las fuerzas de atracción intermolecular. Como podría esperarse en el caso de una ecuación generalizada, las constantes a y b se evalúan a partir del comportamiento general de los gases. En particular estas constantes se evalúan observando que la isoterma crítica pasa por un punto de inflexión en el punto crítico, y que la pendiente es cero en ese punto. (4)(5) 4) Establezca la relación entre la ecuación de Van der Waals y el estado crítico; es decir deduzca ecuaciones para las constantes críticas (Pc, Tc, Vc) en función de las constantes de Van der Waals. Por medio de las constantes de los valores de Van der Waals se pueden calcular a partir de las constantes críticas de un gas. El punto de inflexión de la curva de P con respecto a V, en el punto crítico, de modo que la derivada de P sobre la derivada de V (∂P / ∂V)Tc = 0 y (∂²P / ∂V²)Tc = 0. Sabiendo el valor de las constantes "a" y "b" obtenidas a través de derivadas se obtiene que: a = 3.Pc.Vc² b = Vc/3 R = 8.Pc.Vc/3.Tc Despejamos "Pc" en función de "a", Vc en función de "b", y Tc en función de R, obteniendo: Pc = a/3.Vc² Vc = 3.b Tc = 8.Pc.Vc/3.R Sustituyendo Vc en Pc, obtenemos el valor de Pc: Pc = a/3.(3.b)² → a/3.9.b² → a/27.b² Obtenido el valor de Pc en función de a y b, se sustituye en la fórmula de Tc (despejado de R). (3) → 24.a/27.b.3.R → 24.a/81.b.R → 8.a/27.b.R 4) Ley del diámetro rectilíneo: Volúmenes críticos, la mejor forma de obtener esta constante crítica es con ayuda de la regla conocida como la ley del diámetro rectilíneo, descubierto por L. Cailletet y E. Mathias (1886) y comprobada a continuación por S. Young (1900) y otros. Esta ley establece que la media de las densidades de cualquier sustancia en el estado líquido y en el de vapor saturado, a la misma temperatura, es una función lineal de la temperatura. Las densidades del líquido y del vapor saturado en equilibrio con el mismo se conocen como densidades ortóbaros, y si Pt es la media aritmética a una temperatura t, entonces(8) pt = p θ + α .t 5) Que establece la ley de estados correspondientes Ley de los estados correspondientes Las reglas de las fases indican que la presión, volúmenes específicos y temperatura de un fluido de composición constante están interrelacionados y no se necesita ninguna otra información acerca de las propiedades de fluido para determinar una variable si se conoce las otras dos. Esto es una función matemática: F(P,V,T)x = 0 Que indica que si se conocen dos de tres propiedades P - V - T,entonces la tercera solo puede tener un valor: v = F(P,T) = 0. Las expresiones mencionadas anteriormente, pueden ser muy complicadas de usar como en el caso de la ecuación virial de Benedict o demasiado simple como la ecuación del gas ideal pues no implica el uso de constantes específico para el gas considerado. Sin embargo, muchos investigadores han propuesto que si se pudiera eliminar las constantes específicas de las ecuaciones de estado esto daría como resultado una ecuación de uso mas general y aplicable a muchos compuestos de estructura y composición química semejante. Esto se logra escribiendo las ecuaciones de estado en función de parámetros P-V-T reducidos en lugar de las cantidades absolutas. Una de las consecuencias más notables de esta ecuación fue indicada por Johannes Diderik Van der Waals en 1881. Si la presión, volumen y temperatura de un gas se expresan en función de la presión y temperatura, o sea: P = π.Pc V = Φ.Vc T = θ.Tc La ecuación de Van der Waals resulta: Pt = 142,84 atm Con el método gráfico: METODO PARA DETERMINAR EL FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL GAS: El factor Z, por definición, es la razón del volumen que realmente ocupa un gasa determinada presión y temperatura, con respecto al volumen que ocuparíaese mismo gas si se comportara como ideal, así:   Z = f (P, T y la Composición)   LOS ESTADOS CORRESPONDIENTES” SE BASAN EN LA “TEORIA Los gases presentan el mismo comportamiento (factor z), cuando su T y P se expresa en función de sus valores críticos. Punto Crítico a Liquido subeníri tado” Vapor sobrecalentado RR marciá Presión P T Pac seudoreducida T T T at - emperatura ar Volumen Toc seudoreducida CALCULAR Z Ecuaciones: Papay Hall-Yarborough Dranchuck y Abu-Kassemn Brill y Boggs ”T” Composicionales Gráficos: < Método Gráfico del GPSA Método base Método de Pitzer Standing Katz Propiedades ¡0 Ecuaciones de Estado: Wan Der Waals Redlich- Kwong Soave - Redlich- Kwong o Peng - Robinson COMPRESSIBILT Y FACTOR z PRESIÓN PS EUA ACA