Termodinámica, Gases ideales, Apuntes de Biología

¡Descarga Termodinámica, Gases ideales y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity! GASES IDEALES 1.- ESTUDIO TERMODINÁMICO O MACROSCÓPICO T=Cte P2 P1 V1 V2 1 2 Boyle P=CteT1 T2 V1 V2 2 1 Gay-Lussac • Las leyes se obtienen mediante verificación experimental. • No es necesario hacer hipótesis sobre la estructura de la materia ( )1cT cte v Boyle Mariotte p = = − ( )2p cte v c T Gay Lussac= = − .Vv vol molar n = Si p↑ ⇒ v↓ Si T↑ ⇒ v ↑ Experimento de Joule-Kelvin: Energía interna de un gas ideal 0 0 0 extp W Q = ⇒ = = =⇒agua Expansion al vacio T cte En esta expansión al vacío: • La presión del gas se reduce • El Volumen del gas aumenta • T se mantiene constante • ΔU = 0 ⇔ U permanece constante 0U Q WΔ = − = La energía interna de un gas ideal es función exclusiva de T U = U (T) (gas ideal) Mezclas de gases La mezcla de gases, a la temperatura de equilibrio T, ocupa un volumen V. Presión parcial Pi: presión que ejercería cada uno de los gases si estuviera solo, ocupando el mismo volumen “V” de la mezcla y a la misma temperatura “T” RTnVp ii = RTnVp RTnVp RTnVp mm ii = = = Μ Μ 11 VpnRTRTnVp total m i m i ==⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∑∑ 11 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ∑ m itotal pp 1 Leyes de Dalton 1ª Ley de Dalton i total i total i total i total i n n p p RTn RTn Vp Vp χ==⇒= 2ª Ley de Dalton i total i p p χ= + ÷ TEORIA CINETICA DE GASES HIPOTESIS: 1.- El número de moléculas es muy grande (comparable con Nº de Avogadro 2.- Las partículas son consideradas puntuales ( ≡ tienen masa pero no ocupan volumen) 3.- La distancia entre partículas es muy grande en comparación con su tamaño 4.- El movimiento de las partículas es al azar, por lo que todas las direcciones son igualmente probables 5.- Los choques de las moléculas con las paredes del recipiente son considerados elásticos, por lo que se conserva la energía cinética 6.- No existen fuerzas de atracción entre partículas pero sí de repulsión. 7.- Las partículas obedecen las leyes de movimiento de Newton 8.- Aunque se parte del supuesto de que todas las partículas son monoatómicas e iguales, los resultados pueden generalizarse a gases poliatómicos y sus mezclas Interpretación cinética de la temperatura 333 222 ___ B ___ a ___ vmkvm R Nvm nR NT === nRTTNkE Bc 2 3 2 3 == __ cB ___ B EkvmkT 3 2 3 1 2 == ___ 2 3 NnRT mv= Combinando la ecuación de los gases de la termodinámica y la de la teoría cinética • La temperatura es una medida de la agitación molecular • Si T ↑ la Ec media y la velocidad cuadrática media ↑ ___ 2 3 NpV m v= pV nRT= 3 3 2 2c B P V nR T N K T E N k T nR T = = = = m Tkvv B ___ rcm 32 == 1 2 1 2 21 m m v v GrahamdeLey TT ,rcm ,rcm = = Todas las ecuaciones pueden referirse a: - moles “n” (utilizando “R”), - moléculas ”N” (utilizando k) Velocidad cuadrática media y ley de Graham Cuanto mayor es la masa molecular, menor es la velocidad a la misma T Energía cinética y Energía interna Para “Gas ideal” la única forma de energía es la del movimiento molecular. Si el gas es MONOATOMICO coincide con la Ec. de traslación nRTU 2 3 =TNkU B2 3 = cEU = A Nivel molecular, N kB A nivel molar, n R La energía interna de un gas ideal depende exclusivamente de T )T(UU I.G = •La mayor parte de las moléculas tienen velocidades no muy alejadas de las promedio •Menos del 1% de moléculas tiene velocidades > 4vrcm Ve lo ci da d m ás pr ob ab le Ve lo ci da d m ed ia Ve l. cu ad rá tic a m ed ia Velocidad Molecular D is tr ib .d e ve lo ci da de s de M ax w el l Distribución de velocidades de Maxwell Si la T crece, la curva se desplaza hacia la derecha [ más moléculas con velocidades por encima de un valor umbral (energía activación, evaporación) 310K 273K v(Ex)Velocidad N Influencia de la temperatura en la Distribución de velocidades Diagramas de fase- curvas de equilibrio en diagrama P-T VAPOR Se puede licuar. T<Tc GAS No se puede licuar T>Tc PUNTO TRIPLE Coexisten en equilibrio las tres fases (S + L + V) PUNTO CRITICO Valores de P yT pro encima de los cuales un gas no se puede licuar AGUA PC: 374ºC, 218 at PT: 0.01ºC, 0.006 at PC C02 31ºC, 72.8 at O2 -118ºC, 50 at s-v l-v s-l ●12●3●4● T( ºC ) Pv (mmHg) Densidad (g/cm3) T( ºC ) Pv (mmHg) Densidad (g/cm3) -10 2.15 2.36 40 55.3 51.1 0 4.58 4.85 60 149.4 130.5 5 6.54 6.8 80 355.1 293.8 10 9.21 9.4 95 634 505 11 9.84 10.01 96 658 523 12 10.52 10.66 97 682 541 13 11.23 11.35 98 707 560 14 11.99 12.07 99 733 579 15 12.79 12.83 100 760 598 20 17.54 17.3 101 788 618 25 23.76 23 110 1074.6 ... 30 31.8 30.4 120 1489 ... 37 47.07 44 200 11659 7840 Presión de vapor y densidad del agua en función de T Presión de vapor del agua 0 200 400 600 800 0 20 40 60 80 100 120 Temperatura (C) Pr es ió n de v ap or (m m H g) Contenido de humedad en el aire El aire contiene siempre vapor de agua en mayor o menor proporción ( )v satp p aumenta con T= , v v r v sat sat m pH m p = = La humedad relativa cambia mucho con la temperatura. Si se mantiene constante el contenido de humedad del aire (Humedad absoluta): ● Si la temperatura ↑, Psat ↑ y Hr ↓ El aire admite más agua ● Si la temperatura ↓ , Psat ↓ y Hr ↑El aire admite menos agua y condensa Humedad relativa: Relación entre el contenido de humedad del aire y el que tendría si estuviera saturado Aire saturado en humedad: Aire que no admite más vapor. En esta situación, la presión parcial del vapor en el aire coincide con la presión de equilibrio del vapor de agua a la temperatura del aire- presión de saturación. Rocío: cuando la temperatura del aire desciende y se alcanza la saturación (Hr = 100%) el exceso de humedad condensa sobre superficies en forma de gota (por tensión superficial) Se produce cuando la temperatura ambiente no baja de cero grados Escarcha: fenómeno similar al rocío pero cuando la temperatura ambiente alcanza valores bajo ºC Cencellada. Se forma con: niebla, temperaturas muy bajas, fuertes vientos Detalle de Cencellada. Difusión Difusión libre Difusión a través de membranas Desequilibrio químico Células y difusión H2O, CO2, O2 son algunas de las pocas moléculas simples que pueden cruzar la membrana celular por ósmosis Pueden pasar iones: Ca++,Cl-, Na+, K+ …. Glóbulos rojos en disolución salina Disolución isotónica Disolución hipotónico Disolución hipertónico Ósmosis inversa. Aplicación: purificación de agua de mar • Al aplicar una presión se neutraliza el flujo pasivo y se consigue un flujo neto de disolvente • Así se consigue agua pura a partir del agua de mar • Conlleva un gasto considerable de energía h Flujo osmótico (Flujo pasivo) Ósmosis inversa (Flujo activo)