1. Conceptos Previos y Gases en Termodinamica
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7/23/2019 1. Conceptos Previos y Gases en Termodinamica
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TERMODINMICAConceptos previos
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LOGRO DE SESIN
Al finalizar la sesin el estudiante:
Identificar los sistemastermodinmicos, sus clases ypropiedades termodinmicas.
Resolver problemas de gasesideales.
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Termodinmica
El trmino termodinmica proviene de la letrasgriegas:
Therme : Calor
Dynamis : Fuerza Que se puede interpretar como los primeros
esfuerzos para convertir el calor en energa.
La termodinmica estudia la transformacin de laenerga de un sistema y como es el intercambiode energa con el medio que lo rodea.
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Sistema
Es la cantidad de materiao una regin en el espacioelegida para anlisis.
La masas o regin fuera
del sistema se llamanalrededores , entorno omedio ambiente.
La superficie real oimaginaria que separa al
sistema de susalrededores se llamafrontera.
http://fresno.pntic.mec.es/~fgutie6/quimica2/ArchivosHTML/Teo_1_princ.htm -
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Tipos de sistemas
Pueden ser :
Sistemas cerrado o de masa de control.
Sistema abiertos o de volumen control.
Sistema aislado
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Sistema Abierto ( volumen de control)
Son los sistemas en los que hayintercambio de masa y energa en formade calor o de trabajo.
La fronteras de un volumen de controlpueden ser reales o imaginarias.
El volumen control puede ser fijo en
tamao y forma o tener una fronteramvil.
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Sistema cerrado ( masa de control)
Es el sistema en el que no hayintercambio de masa pero si de energa
en forma de calor o de trabajo.La masa dentro del sistema se mantieneconstante.
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Sistema Aislado
Son los sistemas en los que no hayintercambio de masa ni de energa.
Calormetro
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.cecyt15.ipn.mx/polilibros/quimica_III/Unida_I/UNIDAD_1_archivos/image028.jpg&imgrefurl=http://www.cecyt15.ipn.mx/polilibros/quimica_III/Unida_I/UNIDAD_1.htm&usg=__uVL3yH0cLy6KvRqktpWi1uWzRdU=&h=239&w=153&sz=8&hl=es&start=3&itbs=1&tbnid=FlVD9gfq0MeDjM:&tbnh=109&tbnw=70&prev=/images?q=calorimetro+de+taza+de+cafe&hl=es&tbs=isch:1 -
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Tipos de Sistemas
http://www.100ciaquimica.net/temas/tema5/index.htm -
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Propiedades de un sistema
Es una caracterstica del sistema.
Como presin, temperatura y masa.
Tambin viscosidad, conductividad trmica,etc.
Esta propiedades se pueden ser:
Propiedades extensivasPropiedades intensivas
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Propiedades Extensivas
Son aquellas cuyo valor dependen del tamao oextensin del sistema, es decir dependen de sumasa.
Ejemplo: la longitud, el peso, la energa total, etc.
Las propiedades extensivas por unidad de masase llama propiedades especificas.
Ejemplo: Volumen especfico (V = V/m) y energatotal especfica ( e= E/m).
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Propiedades Intensivas
Son aquellas que son independientes deltamao del sistema, es decir sonindependientes de su masa.
Ejemplo:
Temperatura, presin, densidad, dureza, etc.
Toda propiedad qumica es una propiedadintensiva.
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Ejemplo
m V
TPr
m V
TPr
mVTP
r
Propiedadintensiva
=
Propiedadextensiva
Propiedadextensiva
Densidad(r)=
masa
volumen
Luego:
Intensivas : T,P,r
Extensivas = m, V
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Estado
Conjunto de propiedades que describe lacondicin de un sistema.
Estado 1m= 3KgT = 25 CV = 5 L
Estado 2m= 3KgT = 25 CV = 3 L
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Equilibrio
Es un estado en el que no hay fuerzas impulsoras(potenciales) desbalanceadas dentro del sistema.
Existen muchos tipos de equilibrio trmico, equilibriomecnico, equilibrio qumico.
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.tadega.net/Fotos/d/59860-2/equilibrista.png&imgrefurl=http://www.tadega.net/Fotos/v/Palao/equilibrista.png.html&usg=__gXnDjzUbv6-2Ms6r8Bs_qXcgjZ8=&h=480&w=480&sz=59&hl=es&start=33&itbs=1&tbnid=W3xIEm4a8U-NOM:&tbnh=129&tbnw=129&prev=/images?q=equilibrista&start=18&hl=es&sa=N&ndsp=18&tbs=isch:1 -
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Proceso
Es cualquier cambio de un sistema de unestado de equilibrio a otro .
Para describir completamente el proceso debeespecificarse su estado inicial y final, latrayectoria que sigue y las interacciones con
los alrededores.
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Trayectoria del proceso
El sistemapasa de unestado 1 a un
estado 2 porlas trayectoriaa, b o c.
La serie de estados por las que pasa
un sistema es una trayectoria delproceso.
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Funciones de punto y trayectoria
Funciones de Punto o de Estado
Cuando cambia el estado de un sistema, los cambiosde dichas funciones slo dependen de los estados
inicial y final del sistema, no de cmo se produjo elcambio.
Funcin de la trayectoria
Cuando cambia el estado de un sistema, los cambiosde dichas funciones dependen del recorrido otrayectoria dependen de cmo se produjo elcambio.
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EjemploLa funcinpunto o deestado solodepende del
estado 1 y 2
La funcin de latrayectoria
depende delrecorridopuede ser pora, b, o c.
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Ciclo
Un sistema experimenta un ciclo si regresa asu estado inicial al final del proceso.
En un ciclo los estado inicial y final sonidnticos.
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Ejemplo
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Stirling_Cycle.png -
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Temperatura
Es una medida relativa del grado de agitacinque poseen las molculas
La temperatura se mide con el termmetroque son instrumentos que se calibran conciertos puntos fijos sobre una escala y elintervalo entre estos puntos se divide en
cierto numero de divisiones llamadas grados.
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Escalas de Temperatura
Segn como se tomen los puntos fijos,existen cuatro Escalas Termomtricas,
divididas en : Escalas Relativas
Escalas Absolutas o Termodinmicas:
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Escalas Relativas
Se basan en puntos de referencia reproducibles. Lasescalas relativas son:* Celsius o Centgrada ( C)* Fahrenheit ( F)
Escalas Absolutas o Termodinmicas
Las escalas relativas son:*Kelvin (K)*Rankine (R)Se basan en el CeroAbsoluto
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El cero absoluto es la temperatura a la cualtericamente debe cesar todo movimiento delas partculas que constituyen un cuerpo, su
valor es:
273.15C, - 460F, 0 Kelvin, 0 Rankine.
Cero absoluto
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elaciones entre variaciones de
Temperatura:1 C = 1,8 F = 1 K = 1,8 R
9
492-Rt
=5
273-Kt
=9
32-F
t
=5
Ct
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Gases
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PROPIEDADES GENERALES DE LOS GASES
1. Carecen de forma y volumen definidos. Llenan en su totalidadel recipiente que los contiene
2. Son compresibles
3. Tienen densidades muy bajas4. Son fluidos
5. Se difunden con rapidez
6. Sus partculas tienen alto grado de desorden.
7. Las distancias relativas entre sus partculas son muy grandes8. Sus partculas tienen movimiento aleatorio.
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ESTADO GASEOSO
Se puede definir a un gascomo toda sustanciaque, a condiciones ambientales, consta departculas muy separadas entre s, con un
movimiento rpido y catico, chocando lamayor parte del tiempo contra las paredes delrecipiente que lo contiene y originando con
ello lo que se denominapresin de un gas.
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Variables de Estado de un Gas
Son las magnitudes que describen
exactamente el estado de un gas. Estas son la Presin (P), la Temperatura
(T) y el Volumen (V).
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Presin
A
FP
Es la fuerza que acta sobre la unidad de rea de un
cuerpo.
Su unidad en el SI es el Pascal. (1 Pa = (N/m2)
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Presin atmosfrica Normal
La presin atmosfrica es la presin media queejerce la capa gaseosa que envuelve la tierra a laaltura del nivel del mar. Esta presin se definecomo 1 atmsfera (1 atm).
Equivalencias de la presin atmosfrica normal son: 1 atm = 760 mmHg = 1,01325 x 105Pa = 10,33 m H2 O
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Presin Baromtrica (Pbar )
Es la presin que ejercen los gases de la atmsfera en un lugargeogrfico en en particular. Se mide con un barmetro.
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Presin Absoluta(Pabs)
Es la presin total que ejerce un gas sobrelas paredes del recipiente que lo contiene.
Presin Manomtrica (Pman)Es la presin relativa de un gas. Estapresin se lee en un manmetro.
Pman= Pabs - Pbar
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Manmetro
Es un dispositivo que se utiliza para medir laspresiones de los gases encerrados en unrecipiente.
Son de 2 tipos:
Manmetro cerrado :Que permite leer lapresin del gas en el recipiente.
Manmetro abierto:Que permite leer la presindel gas en relacin a la presin atmosfrica.
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Ley de Boyle V 1/P
Ley de Charles V T Ley de Avogadro V n
V nTP
Ecuacin de Estado de los GasesIdeales
nTP
V = R PV = nRT
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PV = nRT
La Constante Universal de los Gases
R=PV
nT
= 0,082 atm Lmol-1K-1
= 8,3145 Jmol-1K-1
= 8,3145 Pa m3mol-1K-1
= 62,4 mmHg Lmol-1K-1
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Ecuacin Generalde los Gases
R= =P2V2n2T2
P1V1n1T1
=P2V2T2
P1V1T1
Si fijamos la cantidad de gas (n1= n2)
(m1= m2)
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Densidad y Masa Molar de los Gases Ideales
PV = nRT y r=mV
PV=mM
RT
, n =mM
PMRTV
m= r= M =
r
P
RTy
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Mezcla de gases
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Ley de Dalton de las Presiones Parciales
John Dalton estableci que para una mezclade gases, a condiciones tales que no haya
reaccin entre los componentes de ella, stase comportaba de acuerdo a la siguiente leyemprica: La presin total de una mezcla degases es la suma de las presiones que cada
uno de los componentes tendra si ocupase lsolo el volumen de la mezcla.
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Ley de Dalton de las Presiones Parciales
Sea una mezcla de nAmoles del gas
A
y nBmoles delgas B. Si al ocupar el volumen V cada uno,independientemente, ejercen las presiones PA y PBrespectivamente, ambos a la temperatura T,entonces al mezclarse y ocupa ambos el mismovolumen V y a la misma temperatura, la presintotal de la mezcla ser:
PT = PA+ PB
Cada gas de la mezcla ejerce una presin que esindependiente de los otros gases presentes. Esaspresiones se llaman presiones parciales, y serepresentan generalmente como Pi.
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Fraccin Molar (X)
Dada una mezcla gaseosa a unadeterminada presin total, para conocer
las presiones parciales es necesariocalcular la proporcin en la que seencuentra cada componente, por
ejemplo, con la llamada fraccin molarde una mezcla
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Lafraccin molaren una mezcla es el tanto por unomolar en que se encuentra cada uno de los
componentes. Si una mezcla se compone de nAmoles de la sustancia Ay nBmoles de la sustancia B,entonces la fraccin molar (X) de cada componenteser:
XA+ XB = 1
PA= XAPT
X = Xmoles= Xpresin =X volumen
100Xi = % molar = % presin = % volumen
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N
Cdigo Autor Ttulo del Libro
536.7 WARK
Wark, Kenneth;Richards, Donald. Termodinmica
2
536.7CENG-2006
Cengel, Yunus; Boles,Michael
Termodinmica
3
536.7
FAIR-2003
Faires,Virgil Moring;
Simmang, Clifford;Brewer, Alexander
Termodinmica
4
621.4021 MORA Moran, M. J. ;Shapiro, H. N.
Fundamentos deTermodinmica Tcnica
Referencias Bibliogrficas