Termodinámica

Ecuación de los gases ideales.

ESTADOS DE AGREGACIÓN

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ESTADOS DE AGREGACIÓN

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ESTADO GASEOSO

ESTADO GASEOSO

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COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

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En estado gaseoso las partículas son independientes unas de otras, están separadas por enormes distancias con relación a su tamaño.

Las partículas de un gas se mueven con total libertad y tienden a ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene.

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

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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.

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

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No tienen forma definida ni volumen propio.

Sus moléculas se mueven libremente y a azar ocupando todo el volumen a disposición.

Pueden comprimirse y expandirse. Baja densidad. Todos los gases se comportan de manera

similar frente a los cambios de P y T.

Sustancias gaseosas a T ambiente

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Monoatómicas: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatómicas: H2, N2, O2, F2, Cl2

HCl, CO, NO

Triatómicas: CO2, O3, SO2

Tetraatómicas:SO3, NH3

Poliatómicas: CH4, C2H6

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¿Qué magnitudes necesito para definir el estado de un gas?

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TemperaturaPresiónVolumen

Masa

Medidas de los gases

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Un gas queda definido por cuatro variables:

Cantidad de sustancia

Volumen

Presión

Temperatura

moles

l, m3, …

atm, mm Hg o torr, Pa, bar

ºC, K

Unidades:

1 atm = 760 mm Hg = 760 torr = 1,01325 bar = 101.325 Pa K = ºC + 273 1l = 1dm3

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ESCALAS DE TEMPERATURA

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Punto inferior: 0 ºC (fusión del agua) Punto superior: 100 ºC (ebullición del

agua)

100 ºC

0 ºC

ESCALA CELSIUS (ºC)

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(ºC – 0)= (ºF – 32)

100 180

ºC = 100 (ºF – 32)

180

ºC = 5 (ºF – 32)

9

212 ºF

0 ºF

32 ºF

100 ºC

0 ºC

X

ESCALA FARENHEIT (ºF)

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T(K) = t (ºC) + 273

100 ºC

-273 ºC

0 ºC

373 ºK

0 ºK

273 ºK

ESCALA KELVIN O ABSOLUTA (K)

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PRESIÓN

1atm ≡ 760mmHg≡ 760 Torr1atm ≡1,013.105 Pa

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PRESIÓN (unidades)

1atm ≡ 760mmHg≡ 760 Torr1atm ≡1,013.105 Pa

19

PRESIÓN (unidades)

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EXPERIENCIA DE TORRICELLIPresión atmosférica estándar

1,00 atm=760 mm Hg=760 torr=101,325 kPa=1,01325 bar=1013,25 mbar

Fa = Fg = mg = Vg = Ahg = hg A A A A A

Fa = Pa = h g A

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MEDIDA DE PRESIÓN DE GASES

Manómetro de extremo abierto

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MEDIDA DE PRESIÓN DE GASES

Manómetro de extremo abierto

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MEDIDA DE PRESIÓN DE GASES

Manómetro de extremo cerrado

Pgas = h2-h1

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LEYES DE LOS GASES IDEALES

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LEY DE BOYLE

Ley de Boyle (1662)

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LEY DE BOYLE

V = k2

P

PV = constante (k2) para n y T constantesPara 2 estados diferentes:

P1V1 = cte = P2V2

La presión de una cierta cantidad de gas ideal a T cte. Es inversamente proporcional al volumen.

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LEY DE CHARLES

Charles (1787)

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LEY DE CHARLES

V = k3 T

para n y P constantes

A presión constante, una cierta cantidad de gas ideal, aumenta el volumen en forma directamente proporcional a la T.

Para 2 estados:

V1/T1= cte=V2/T2

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LEY DE GAY-LUSSAC

Gay-Lussac (1802) P a T

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LEY DE GAY-LUSSAC

P = k4 T

para n y V constantes Para 2 estados:

P1/T1= cte=P2/T2

A volumen constante, una cierta cantidad de gas ideal, aumenta la presión en forma directamente proporcional a la T.

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MODELO MOLECULAR PARA LEY DE AVOGRADO

V = K n (a T y P ctes)

La adición de más partículas provoca un aumento de los choques contra

las paredes, lo que conduce a un aumento de presión, que desplaza el

émbolo hasta que se iguala con la presión externa. El proceso global

supone un aumento del volumen del gas.

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LEY DE AVOGRADO

Ley de Avogadro

El volumen de un gas es

directamente proporcional a la cantidad de

materia (número de moles), a presión y

temperatura constantes.

V (

L)

n

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LEY DE AVOGRADO

V n o V = k1 · n

En condiciones normales (CNPT):

1 mol de gas = 22,4 L de gas

A una temperatura y presión dadas:

Volúmenes iguales de todos los gases medidos a las mismas condiciones de P y T tienen el mismo número de moléculas y de moles.

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COMBINACIÓN DE LAS LEYES DE GASES

ECUACIÓN GENERAL DEL GAS IDEAL.

Ley de Boyle V 1/P

Ley de Charles V T Ley de Avogadro V n

PV = nRT

V nTP

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COMBINACIÓN DE LAS LEYES DE GASES

(a) Al aumentar la presión a volumen constante, la temperatura aumenta

(b) Al aumentar la presión a temperatura constante, el volumen disminuye

(c) Al aumentar la temperatura a presión constante, el volumen aumenta

(d) Al aumentar el número de moles a temperatura y presión constantes, el volumen aumenta

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COMBINACIÓN DE LAS LEYES DE GASES

R = PVnT

= 0,082057 atm L mol-1 K-1

PV = nRT

= 0,082057 atm L mol-1 K-1

= 8,3145 J mol-1 K-1

= 1,98 Cal mol-1 K-1

= 8,3145 m3 Pa mol-1 K-1

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ECUACIÓN DEL ESTADO

P1 V1 = P2 V2 T1 T2

Para 2 estados diferentes se cumple:

Estado 1:

P1 V1 = nRT1

Estado 2:

P2 V2 = nRT2

P1 V1 = nR T1

P2 V2 = nR T2

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APLICACIONES DE LA LEY DE LOS GASES IDEALES

Determinación de pesos moleculares y densidad de gases

PV = nRT V = m

P m = nRT

pero Reeemplazando V

P m = RT n

entonces peroM = m n

entonces M = RT P

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MEZCLA DE GASES

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LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES

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LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES

• Las leyes de los gases se aplican a las mezclas de gases.

• Presión parcial:Cada componente de una mezcla de gases ejerce una presión igual a la que ejercería si estuviese él sólo en el recipiente.

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LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES

Ptot = PA + PB + PC + …

Pi = Xi PT

Xi = ni = ni . nT nA + nB nC +...

La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las Presiones parciales.

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GASES IDEALES

GAS IDEAL

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Es aquel que cumple estrictamente la ecuación general a cualquier presión y temperatura.

Los gases reales solo la cumplen a presiones bajas y temperaturas altas.

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Gracias…