Post on 23-Dec-2015
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Actividad
Académica Del
Estudiante
Trabajo
Presencial
Trabajo
Independiente
Total
(Horas)
Horas 64 80 144
TOTAL 64 80 144
PRESENTACIÓN DEL CURSO
PRESENTACIÓN DEL CURSO
Justificación:
El curso de Fisicoquímica brinda a los estudiantes
los fundamentos y modelos para abordar cada una de
las fases gaseosa, líquida, sólida y coloidal o
sistemas en equilibrio de las anteriores fases desde el
punto de vista ideal y desde el punto de vista real ,
conceptos que son fundamentales en la descripción de
las propiedades de sistemas en equilibrio o en una
sola fase, abordados en cursos posteriores del área
de Ingeniería Aplicada.
PRESENTACION DEL CURSO
El curso presenta conocimientos fundamentales
de Fisicoquímica en cuatro unidades temáticas
que contiene los siguientes temas:
Mezcla de gases ideales y gases reales
Termoquímica. Relaciones termodinámicas
para el cálculo de propiedades.
Disoluciones. Equilibrio de fases de uno y dos
componentes.
Equilibrio de fases de tres componentes.
Química de superficies.
PRESENTACION DEL CURSO
ASISTENCIA: Si se falta a un porcentaje igual o
superior al 20% de las clases presenciales, se
pierde el curso por asistencia y tendrán una Nota
definitiva del curso de 0.0
NO CAUSAR INTERRUPCIONES CON
CELULARES. Prohibido tener en poder celulares,
blackberries, iphones, etc. durante las evaluaciones.
Los celulares deben ser colocados apagados en la
parte delantera del salón el día de una evaluación. El
estudiante que se le encuentre un celular (así no esté
en uso) durante una evaluación, es acreedor de
anulación del respectivo examen.
No.
NOMBRE DE LAS UNIDADES TEMÁTICAS
DEDICACIÓN DEL
ESTUDIANTE (horas) HORAS TOTALES
(a + b)
a) Trabajo
Presencial
b) Trabajo
Independi
ente
1
Gases ideales y gases reales. 18 22 40
2
Termoquímica. Relaciones
termodinámicas para el cálculo de
propiedades. 12 15 27
3
Disoluciones y equilibrio de fases de
uno y dos componentes
14 18 32
4
Equilibrio de fases de tres
componentes. Química de superficies.
20 25 45
TOTAL 64 80 144
PRESENTACION DEL CURSO
PRESENTACION DEL CURSO:
EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
UNIDAD TEMÁTICA ESTRATEGIA DE EVALUACION PORCENTAJE (%)
1. -1 Examen escrito. 21
2. -2 Examen escrito.
21
3. -3 Examen escrito. 21
4. -4 Examen escrito.
21
OTROS - Tareas
- Asistencia
13
3
PRESENTACION DEL CURSO: BIBLIOGRAFÍA
Bibliografía Básica:
Pinzón Torres, Carmen. Fisicoquímica con aplicaciones a sistemas
hidrocarburos. Editorial Universidad Surcolombiana. Neiva, 2014.
Levine, I. N. Fisicoquímica. 5 ed. Volumen 1. MacGraw-Hill. 2004. Madrid.
Atkins P. y de Paula, J. Química Física. 8 edición. Editorial Médica Panamericana. 2008. Madrid.
Bibliografía Complementaria:
McCain, W. The properties of petroleum fluids. 2 ed,.
PennWellBooks. Tulsa. EU. 1990.
Bases de datos: ScienceDirect,
http://webbook.nist.gov/chemistry/
FISICOQUÍMICA
Rama de la química que establece y desarrolla los principios de
la química. Sus conceptos sirven para explicar e interpretar
las observaciones de las propiedades físicas y químicas.
Esencial en el desarrollo de las modernas técnicas empleadas
para la determinación de la estructura y propiedades de la
materia.
La fisicoquímica o química física es la rama de la química que
estudia los principios que gobiernan las propiedades y el
comportamiento de los sistemas químicos.
Ejemplos de Sistemas químicos:
Gases, Líquidos, Sólidos, Soluciones, Coloides
GASES IDEALES
Un gas ideal es aquel que obedece las leyes de los gases ideales.
Propiedades de los gases ideales
El volumen ocupado por las propias moléculas es insignificante al compararlo con el volumen total.
La atracción intermolecular es mínima.
Generalizaciones de la Conducta de
un Gas Ideal
Ley de Boyle. 1662
Ley de Charles. 1787
Ley de Gay Lussac.1802
Presiones parciales de Dalton. 1803
Volúmenes parciales Amagat.
Ley de difusión de Graham. (Consultar)
Ley de Boyle:
El volumen de cualquier cantidad definida
de gas a temperatura constante, varía
inversamente a la presión ejercida sobre él.
PV
1
CteVP
Ley de Charles y Gay Lussac
Charles experimentó con O2, aire, H2, CO2 y
comprobó que al calentar de 0 – 80 ºC a presión
constante, los gases se expandían en igual
proporción.
VT CteV
T
LEY DE AVOGADRO
En 1811 Amadeo Avogadro comprobó experimentalmente que:
Volúmenes iguales de todos los gases medidos a las mismas condiciones de T y P contienen el mismo número de moléculas. Un gramo mol de cualquier sustancia contiene 6.02 * 1023 moléculas. Una libra mol de cualquier sustancia contiene 2.73* 1026 moléculas.
Un gramo mol de cualquier gas ocupará siempre el mismo volumen que un gramo mol de otro gas si se mide a las mismas condiciones de T y P.
A 273.15 K y 1 atm, un gramo mol ocupa 22.4 L de volumen. A las mismas condiciones anteriores, 1 lbmol ocupará un volumen de 358.8 ft3
Constante Universal de los gases
Constante determinada por el número de moles y las unidades de P y V, independiente de la naturaleza del gas.
1. V ∝ n (Avogadro) V = Cte * n
2. Ley combinada de los gases
PV = Cte * n*T P V / T n = Cte.
V/ n = Vm, volumen molar
P* Vm = Cte * T
R = Cte Universal de los gases , PV = nRT gases Ideales.
R puede hallarse tomando una mol gramo de cualquier gas ideal a condiciones estándares
R = PV/nT = (1 x 22.413) / (1 x 273.15) = 0.08205 atm*L*K-1*mol-1
Presión Manométrica
Todas las presiones manométricas
ordinarias indican la presión por encima o
por debajo de la atmosférica. Para obtener
la función absoluta debe añadirse esta
presión atmosférica a la presión
manométrica.
Condiciones Normales y
Condiciones Estándares
Condiciones Científicas Universales o
Condiciones Normales (C. N.):
0°C y 1 atm
Condiciones Estándares (C.E.) en la
Industria del Gas Natural:
60ºF y 14.7 lb.f / pulg2 abs.
Volumen estándar
Es el volumen ocupado por 1 libra mol de gas
(lbn) a la T y P de referencia.
P ref = 14.7 psia
T ref = 60ºF
sc: condiciones estándar
33
6.3797.14
520*
*
*73.10*1 ft
psia
R
Rlbn
ftpsialbnVsc
Mezcla de Gases Ideales
1. Ley de Dalton de las presiones parciales.
Establece que a T constante, la presión ejercida por una mezcla de gases en un volumen definido es igual a la suma de las presiones individuales que el gas ejercería si él ocupara sólo el volumen total.
Mezcla gaseosa de tres componentes:
PT= P1 + P2 + P3
Tii PyP
2. Ley de Amagat o de los
Volúmenes Parciales
El volumen ocupado por una mezcla de gases es igual a la
suma de los volúmenes que ocupan los componentes
puros, medidos a las mismas condiciones de P y T
...321 VVVVT
Para un gas ideal, la fracción en volumen de un componente es igual a la
fracción molar del componente.
Tii VyV
3. Peso Molecular Aparente Según la regla de mezclas de Kay, la propiedad de una mezcla de gases es igual a la sumatoria del producto de la fracción molar por su propiedad individual. (Peso molecular, presión crítica, temperatura crítica de las mezclas gaseosas)
Propiedad de mezcla = ∑yi*Propiedad de cada componente.
El peso molecular aparente es el peso molecular de la mezcla gaseosa.
MWa = ∑ y i * MWi
donde MWi es el peso molecular del componente i.
4. Fracción Molar
Donde:
yi = Fracción molar del componente i en la
mezcla
ni = número de moles del componente i
n = número total de moles en la mezcla
i
iii
n
n
n
ny
5. Fracción en Peso
Wi = Fracción en peso del componente i en
la mezcla
mi = Peso del componente i en la fase
gaseosa
m = Peso total de la mezcla gaseosa
i
iii
m
m
m
mW
Para Convertir Fracción en Peso en Fracción
Molar: (Demostrar)
Para Convertir Fracción Molar en Fracción en
Peso: (Demostrar)
)/(
/
ii
iii
MWW
MWWy
)( ii
iii
MWy
MWyW
6. Volumen Específico (Másico)
Volumen ocupado por unidad de masa
ρ = densidad del gas lb/ft3
lbft
PMW
RT
m
Vv
a
31
8. Gravedad Específica
Es la relación entre la densidad del gas y la
densidad del aire, a las mismas condiciones
de P y T.
964.28
a
aire
a
aire
a
aire
g
g
MW
MW
MW
RT
PMWRT
PMW
Cuáles propiedades se incrementan con el
aumento del peso molecular
PROPIEDADES FÍSICAS DE
HIDROCARBUROS
Cuáles propiedades disminuyen con el
aumento del peso molecular
PROPIEDADES FÍSICAS DE
HIDROCARBUROS
OTRAS PROPIEDADES DE LOS
GASES
1. Coeficiente de Expansión o Dilatación
Térmica a Presión Constante (α) (βo, βg,)
Es el aumento relativo en volumen a presión
constante por aumento de la temperatura.
α es casi el mismo para todos los gases,
mientras que para cada líquido tiene su propio
valor.
PT
V
V
1
PT
Vm
Vm
1
T
1
Para un gas ideal
PT
v
v
1
Coeficiente de Expansión o Dilatación Térmica a Presión Constante
DEMOSTRAR
2. Coeficiente de Compresibilidad Isotérmico (K) (cg) (co)
Es la disminución relativa en volumen por
unidad de aumento de la presión a temperatura
constante.
Los valores de K para sólidos y líquidos son
supremamente pequeños, del orden de 10-6 a 10-5
atm-1, dado el carácter incompresible que tienen.
TP
V
VK
1
TP
Vm
VmK
1
PK
1 Para un gas ideal
TP
v
vK
1
COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD ISOTÉRMICA
Coeficiente de compresibilidad isotérmica de
un gas como función de la presión a una T del
yacimiento constante
DEMOSTRAR
EJEMPLO 2
Para agua a 50°C y 1 atm, ρ =0.98804 g/cm3
y κ =4.4x10-10 Pa-1. Obtenga el volumen
molar en cm3/gmol:
a) Del agua a 50°C y 1 atm
b) Del agua a 50°C y 100 atm. Desprecie la
dependencia de κ con la presión.
RTAS: a) 18.233 cm3/(g.n); b) 18.15
cm3/g.n
CONSULTAS
1. Formula estructural del triptano y usos
De el nombre de las fuerzas de atracción de los
compuestos polares y no polares
TAREA 1
1. Un gas natural a 1000 psia y 90°F contiene 7
lb de agua por millón de pies cúbicos estándar.
Halle en ppm la cantidad de agua en el gas. RTA:
147