04-Teoría de Gases Ideales y Reales (1)

8/16/2019 04-Teoría de Gases Ideales y Reales (1)

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INSUTEC TECNICATURA SUPERIOR EN PETRÓLEOS

TEMA 4: TEORÍA DE GASES IDEALES Y REALES

01- GasesSe denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma nivolumen propio. Su principal composición son moléculas débilmente unidas,expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen yforma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumendel recipiente que la contiene, con respecto a los gases las fuerzasgravitatorias y de atracción entre partículas resultan insignificantes.

02- Propiedades de los gases

Los gases tienen propiedades características!

". Son f#ciles de comprimir$. Se expanden hasta llenar el contenedor . %cupan mas espacio que los sólidos o líquidos que los conforman.

0- Presi!"

Se denomina presión a la magnitud que mide la fuerza que se e&erce porunidad de superficie. 'n física y disciplinas afines la presión, también llamadapresión absoluta, se utiliza en aquellos casos que es necesario evitarinterpretaciones ambiguas, y repito, se define como la fuerza por unidad desuperficie!

donde! ( es la presión )cuyo diferencial se simboliza d(*, + es la fuerza normal y es el #rea, cuyo diferencial se simboliza dS.

Esquema; se representa cada "elemento" con una fuerza dP y un área dS.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitudhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitudhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_(geometr%C3%ADa)


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'n el Sistema -nternacional de nidades se mide en ne/ton por metrocuadrado, unidad derivada que se denomina pascal )(a*.

dem#s, en determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presiónabsoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica,denomin#ndose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presiónmanométrica. 0onsecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosféricam#s la presión manométrica )presión que se mide con el manómetro*.

Las obsoletas unidades manométricas de presión, como los milímetros demercurio, est#n basadas en la presión e&ercida por el peso de alg1n tipoest#ndar de fluido ba&o cierta gravedad est#ndar. Las unidades de presiónmanométricas no deben ser utilizadas para propósitos científicos o técnicos,debido a la falta de repetibilidad inherente a sus definiciones. 2ambién seutilizan los milímetros de columna de agua )mm c.d.a.*! " mm c.d.a. 3 "4 (a

04- #a$%ores de $o"&ersi!" de las '"idades ()s $o('"es

La presión atmosférica es de aproximadamente de "4".$5 pascales )"4",6(a*, a nivel de mar.

nidades de presión y sus factores de conversión

(ascal bar 78mm9 :p8m9 :p8cm9 atm 2orr

" (a )78m9*3 " "4;5 "4;< 4."4$ 4."4$="4;> 4.?@A="4;5 4.44A5

" bar )da78cm9* 3 "44444 " 4." "4$44 ".4$ 4.?@A A54

" 78mm9 3 "4<

"4 " ".4$="45

"4.$ ?.@A A544" :p8m9 3 ?.@" ?.@"="4;5 ?.@"="4;< " "4;> 4.? ".< 4.44"$ 4.44"$ "

0*- Sis%e(a I"%er"a$io"al de +"idades

'l Sistema -nternacional de nidades, abreviado S-, también denominado

Sistema -nternacional de Cedidas, es el sistema de unidades m#sextensamente usado. Dunto con el antiguo sistema métrico decimal, que es suantecesor y que ha perfeccionado, el S- también es conocido como sistemamétrico, especialmente en las naciones en las que a1n no se ha implantadopara su uso cotidiano. +ue creado en "?


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Cagnitud física fundamentalnidad b#sica ofundamental

Símbolo

Longitud metro m

2iempo segundo s

Casa :ilogramo :g

-ntensidad de corrienteeléctrica

amperio o ampere

2emperatura :elvin 6

0antidad de sustancia mol mol

-ntensidad luminosa candela cd

'n cuanto a la presión, las unidades son!

Eigapascal )E(a*, "4? (a

Cegapascal )C(a*, "4


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6S-, "444 (S-

(S-, unidad de presión b#sica de este sistema, ">> lbf 8ft$

Libra por pie cuadrado )lbf 8ft$*

0.- Sis%e(a $egesi(al

'l Sistema 0egesimal de nidades, también llamado Sistema 0ES o SistemaEaussiano, es un sistema de unidades basado en el centímetro, el gramo y elsegundo. Su nombre deriva de las letras iniciales de estas tres unidades. Basido casi totalmente reemplazado por el Sistema -nternacional de nidades,aunque a1n contin1a en uso! muchas de las fórmulas de electromagnetismo son m#s simples en unidades 0ES, una gran cantidad de libros de física lasusan y, en muchas ocasiones, son m#s convenientes en un contexto en

particular. Las unidades 0ES se emplean con frecuencia en astronomía.

La unidad de presión es el Har

0/- Sis%e(a %$"i$o gra&i%a%orio

6ilogramo fuerza por centímetro cuadrado ):gf 8cm$*

0- Sis%e(a %$"i$o de '"idades

'l sistema técnico de unidades es un sistema de unidades derivado del

primitivo sistema métrico decimal.

na diferencia importante con otros sistemas del mismo origen, como el C6S oel 0ES, es que las unidades fundamentales son fuerza +):ilopondio, a veces:ilogramo;fuerza*, distancia L )metro* y tiempo 2 )segundo*I en vez de masa,distancia y tiempo, como sucede en los dos sistemas citados, y en el actual S-,sucesor del C6S.

'n el Sistema 2écnico, la masa se mide en 2C 3 nidad técnica de masa,siendo la 2C una unidad derivada de las fundamentales + L 2, y definidacomo aquella masa a la que si se aplica una fuerza de ":p, experimenta una

aceleración de ?,@ m8s$.

'l traba&o físico se expresa en :ilopondios x metro 3J :ilopondímetros )a vecesllamados K:ilogr#metrosK*.

ctualmente, el Sistema 2écnico est# en desuso. 'n cuanto a la presión, lasunidades son!

Cetro de columna de agua )mc.a.*, unidad de presión b#sica de este sistema

0entímetro columna de agua

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Cilímetro columna de agua )mmc.a.*

Sistema técnico inglés

(ie columna de agua! un pie columna de agua es equivalente a 4.> )lbf 8ft$*,$.?@? :ilo pascals ):(a*, $?.@? milibars )mb* o 4.@@$ )pulgadas de Bg*

(ulgada columna de agua

10- O%ros sis%e(as de '"idades

atmósfera )atm*

Cilímetro de mercurio )mmBg* 3 2orricelli )2orr*

(ulgadas de mercurio )pulgadas Bg*

11- Le de ole - Mario%%e

0uando el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas es mantenida atemperatura constante, el volumen ser# inversamente proporcional a la presión!36( )Monde 6 es constante si la temperatura y la masa del gas permanecenconstantes*.

0uando aumenta la presión, el volumen disminuyeI si la presión disminuye elvolumen aumenta. 'l valor exacto de la constante : , no es necesario conocerlo

para poder hacer uso de la LeyI si consideramos las dos situaciones,manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deber# cumplirsela relación!

l aumentar el volumen, las partículas )#tomos o moléculas* del gas tardanm#s en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos vecespor unidad de tiempo contra ellas. 'sto significa que la presión ser# menor yaque ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

14- Le de A&ogadro

's aquella en el que las constantes son (resión y 2emperatura, siendo elolumen directamente proporcional al 71mero de moles )n*

matem#ticamente, la fórmula es!

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1*- Le de 3arles

una presión dada, el volumen ocupado por un gas es directamenteproporcional a su temperatura.

Catem#ticamente la expresión es!

o

16- Ley de Gay-Lussac

La presión de un gas que se mantiene a volumen constante, es directamenteproporcional a la temperatura.

p1 5T1 6 p2 5T2

1.- E$'a$io"es de es%ado

'l estado de una cierta masa m de sustancia est# determinado por su presiónp, su volumen y su temperatura 2. 'n general, estas cantidades no puedenvariar todas ellas independientemente.

'cuación de estado! 3 f)p,2,m*

'l término estado utilizado aquí implica un estado de equilibrio, lo que significaque la temperatura y la presión son iguales en todos los puntos. (orconsiguiente, si se comunica calor a alg1n punto de un sistema en equilibrio,hay que esperar hasta que el proceso de transferencia del calor dentro delsistema haya producido una nueva temperatura uniforme, para que el sistema

se encuentre de nuevo en un estado de equilibrio.

1/- Le de los gases ideales 7 E$'a$i!" ge"eral de es%ado ideal

La teoría atómica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al ordenque implican. Las moléculas tienen una cierta libertad de movimientos en elespacio. 'stos grados de libertad microscópicos est#n asociados con elconcepto de orden macroscópico. Las moléculas de un sólido est#n colocadasen una red, y su libertad est# restringida a pequeFas vibraciones en torno a lospuntos de esa red. 'n cambio, un gas no tiene un orden espacial

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macroscópico. Sus moléculas se mueven aleatoriamente, y sólo est#n limitadaspor las paredes del recipiente que lo contiene.

Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las variablesmacroscópicas. 'n los gases ideales, estas variables incluyen la presión )p*, elvolumen )* y la temperatura )2*. ba&as presiones,las ecuaciones de estadode los gases son sencillas!

La ley de Hoyle;Cariotte afirma que el volumen de un gas a temperaturaconstante es inversamente proporcional a la presión.

p1891 6 p2892

La ley de 0harles y Eay Lussac afirma que el volumen de un gas a presiónconstante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

91 5T1 6 92 5T2

La ley de Eay;Lussac afirma que a volumen constante la presión esdirectamente proporcional a la temperatura absoluta.

p1 5T1 6 p2 5T2

Gesumiendo, (ara una misma masa gaseosa )por tanto, el n1mero de moles)n* es constanteI n3cte*, podemos afirmar que existe una constante

directamente proporcional a la presi!" y &ol'(e" del gas, e inversamenteproporcional a su %e(pera%'ra!

p1891 5T1 6 p2892 5T2 6 $o"s%a"%e

(ero, introduciendo como variable la masa ba&o la forma del n1mero n demoles presentes, queda!

!

's por esto que para poder envasar gas, como gas licuado, primero se ha deenfriar el volumen de gas deseado, hasta una temperatura característica decada gas, a fin de poder someterlo a la presión requerida para licuarlo sin quese sobrecaliente, y, eventualmente, explote.

Las tres leyes mencionadas pueden combinarse matem#ticamente en lallamada ley general de los gases o ecuación de estado. Su expresiónmatem#tica, introduciendo esa constante de proporcionalidad es!

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http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_volumenhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_general_de_los_gaseshttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_volumenhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_general_de_los_gases


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siendo P la presión, V el volumen, n el n1mero de moles, R la constanteuniversal de los gases ideales y 2 la temperatura en 6elvin.

'l valor de G " si se traba&a en Sistema -nternacional de nidades es!

G 3 @,">5" DN6;"Nmol;"

7o obstante, expresada en otras unidades es!

alores de G

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http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades


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Me esta ley se deduce que un mol de gas ideal ocupa siempre un volumenigual a $$,> litros a 4 O0 y " atmósfera. 2ambién se le llama la ecuación deestado de los gasesI ya que solo depende de el estado actual en que seencuentre el gas.

1- 3PT

Se definen las condiciones normales de presión y temperatura )07(2* como, "atmósfera y $A O6.

20- Gases reales

Si se quiere afinar m#s o si se quiere medir el comportamiento de alg1n gasque escapa al comportamiento ideal habr# que recurrir a las ecuaciones de losgases reales que son variadas y m#s complicadas cuanto m#s precisas.

Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momentoen el que no ocuparían m#s volumen. 'sto se debe a que entre sus#tomos8moléculas se establecen unas fuerzas bastante pequeFas, debido a loscambios aleatorios de sus cargas electrost#ticas, a las que se llama fuerzas dean der Paals.

'l comportamiento de un gas suele concordar m#s con el comportamiento idealcuanto m#s sencilla sea su fórmula química y cuanto menor sea su reactividad,tendencia a formar enlaces. sí, por e&emplo, los gases nobles al sermonoatómicos y tener muy ba&a reactividad, sobre todo el helio, tendr#n un

comportamiento bastante cercano al ideal. Les seguir#n los gases diatómicos,en particular el m#s liviano hidrógeno. Cenos ideales ser#n los triatómicoscomo el dióxido de carbono, el caso del vapor de agua a1n es peor ya que lamolécula al ser polar tiende a establecer puentes de hidrógeno lo que a1nreduce m#s la idealidad. Mentro de los gases org#nicos el que tendr# uncomportamiento m#s ideal ser# el metano perdiendo idealidad a medida que seengrosa la cadena de carbono. sí el butano es de esperar que tenga uncomportamiento ya bastante ale&ado de la idealidad. 'sto es porque cuantom#s grande es la partícula fundamental constituyente del gas, mayor es laprobabilidad de colisión e interacción entre ellas, factor que hace disminuir laidealidad. lgunos de estos gases se pueden aproximar bastante bien

mediante las ecuaciones ideales mientras que en otros casos har# falta recurrir a ecuaciones reales muchas veces deducidas empíricamente a partir del a&ustede par#metros.

2ambién se pierde la idealidad en condiciones extremas, altas presiones oba&as temperaturas. (or otra parte, la concordancia con la idealidad puedeaumentar si traba&amos a ba&as presiones o altas temperaturas. 2ambién porsu estabilidad química.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Litrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grados_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_Van_der_Waalshttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_Van_der_Waalshttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_noblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Heliohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno_molecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metanohttp://es.wikipedia.org/wiki/Butanohttp://es.wikipedia.org/wiki/Litrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grados_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_Van_der_Waalshttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_Van_der_Waalshttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_noblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Heliohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno_molecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metanohttp://es.wikipedia.org/wiki/Butano


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21- Comportamiento de los gases

(ara el comportamiento térmico de partículas de la materia existen cuatrocantidades medibles que son de gran interés! presión, volumen, temperatura ymasa de la muestra del material.

0ualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que lepermiten comportarse como tal.

Sus moléculas, en continuo movimiento, logran colisionar las paredes que loscontiene y casi todo el tiempo e&ercen una presión permanente. 0omo el gas seexpande, la energía intermolecular )entre molécula y molécula* hace que ungas, al ir aFadiéndole energía calorífica, tienda a aumentar su volumen.

n gas tiende a ser activo químicamente debido a que su superficie moleculares también grande, es decir entre cada partícula se realiza mayor contacto,haciendo m#s f#cil una o varias reacciones entre las sustancias.

(ara entender me&or el comportamiento de un gas siempre se realizan estudioscon respecto al gas ideal aunque este en realidad nunca existe y laspropiedades de este son!

n gas est# constituido por moléculas de igual tamaFo y masa, pero unamezcla de gases diferentes, no.

Se le supone con un n1mero pequeFo de moléculas, así su densidad esba&a y su atracción molecular es nula.

'l volumen que ocupa el gas es mínimo, en comparación con el volumentotal del recipiente.

Las moléculas de un gas contenidas en un recipiente, se encuentran enconstante movimiento, por lo que chocan, ya entre sí o contra lasparedes del recipiente que las contiene.

(ara explicar el comportamiento de los gases, las nuevas teorías utilizan tantola estadística como la teoría cu#ntica, adem#s de experimentar con gases dediferentes propiedades o propiedades límite, como el +


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Mependiendo del gas, cada molécula esta formada por un #tomo o un grupo de#tomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable,consideramos que todas sus moléculas son idénticas.

$.; Las moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y

obedecen las leyes de 7e/ton del movimiento.

Las moléculas se mueven en todas direcciones y a velocidades diferentes. lcalcular las propiedades del movimiento suponemos que la mec#nicane/toniana se puede aplicar en el nivel microscópico. 0omo para todasnuestras suposiciones,esta mantendr# o desechara, dependiendo de sí loshechos experimentales indican o no que nuestras predicciones son correctas.

.; 'l numero total de moléculas es grande.

La dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de las moléculas puedecambiar bruscamente en los choques con las paredes o con otras moléculas.0ualquiera de las moléculas en particular, seguir# una trayectoria de zigzag,debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moléculas,suponemos que el gran numero de choques resultante mantiene unadistribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedioaleatorio.

>.; 'l volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeFadel volumen ocupado por el gas.

unque hay muchas moléculas, son extremadamente pequeFas. Sabemos queel volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio,con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el liquida pueden ser miles de veces menor que la del gas se condensa. Meaquí que nuestra suposición sea posible.

5.; 7o act1an fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante loschoques.

'n el grado de que esto sea cierto, una molécula se mover# con velocidad

uniformemente los choques. 0omo hemos supuesto que las moléculas seantan pequeFas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con eltamaFo de una de las moléculas. Me aquí que supongamos que el alcance delas fuerzas moleculares es comparable al tamaFo molecular.


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choque, queda disponible de nuevo como energía cinética, después de untiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.

2- E$'a$i!" de &a" del


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La ecuación de an der Paals se diferencia de las de los gases ideales por lapresencia de dos términos de correcciónI uno corrige el volumen, el otromodifica la presión.

La ecuación de an der Paals también tiene una interpretación microscópica.Las moléculas interaccionan entre sí. La interacción es muy repulsiva a cortadistancia, se hace ligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparecea distancias m#s grandes. La ley de los gases ideales debe corregirse paraconsiderar las fuerzas atractivas y repulsivas. (or e&emplo, la repulsión mutuaentre moléculas tiene el efecto de excluir a las moléculas vecinas de una ciertazona alrededor de cada molécula. sí, una parte del espacio total de&a de estardisponible para las moléculas en su movimiento aleatorio. 'n la ecuación deestado, se hace necesario restar este volumen de exclusión )b* del volumen delrecipiente )*I de ahí el término ) ; nb*.

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24- 3o"s%a"%es de 9a" der


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2*- Tra"si$io"es de ;ase e$'a$i!" de 9a" der


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sustancia es, por definición, una constante que no depende del material ni deltipo de partícula considerado. 'sta cantidad es llamada n1mero de vogadro )7 * y equivale a litros.

28- Aclaraciones sobre el mol

Mado que un mol de moléculas B$ equivalen a $ gramos de hidrógeno, un molde #tomos B ser# entonces un gramo de este elemento. % sea que en ungramo de hidrógeno hay


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Casa ponderada del #tomo de 7 W ">,44 u X ">N"3"> u

Casa ponderada del #tomo de % W " Q $ 3 >< u

'ntonces, na moléculas de 7%$, los cuales componen un mol de moléculas de7%$, tendrían una masa de >< g. 'ntonces la masa molecular del 7%$ es ><g8mol.

'rróneamente se tiende a utilizar el término peso atómico o molecular, pero eltérmino correcto es masa.

'l valor de "u en gramos se obtiene dividiendo "$ gramos entre "$ por eln1mero de vogadro! "$ 8 )"$ N g

" u 3 ",,< cm.CATEDRA: FISICO-QUIMICA DOCENTE: ING. QUÍMICO FEDERICO SAFFE Página 1! de !

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Condiciones_normaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_cent%C3%ADgradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amoniacohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Avogadrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Condiciones_normaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_cent%C3%ADgradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gases_idealeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_azufrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Amoniacohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno


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(ara el agua líquida )> Y0* el volumen molar es de "@,4 cm.

'l volumen molar de una sustancia es el volumen de un mol de ésta. La unidaddel Sistema -nternacional de nidades es el metro c1bico por mol! m N mol;"

2- P'"%o $r=%i$o de los gases s' rela$i!"

La temperatura crítica de un gas es la temperatura m#xima a la que puedelicuarseI la presión crítica es la presión necesaria para licuar el gas a esatemperatura. lgunos gases,como el helio, el hidrógeno o el nitrógeno, poseentemperaturas críticas muy ba&as y tienen que ser enfriados intensivamenteantes de poder ser licuados. %tros, como el amoníaco o el cloro, tienentemperaturas críticas elevadas y pueden licuarse a temperatura ambienteaplicando suficiente presión. na tercera característica del punto crítico es elvolumen crítico, que es el volumen que ocuparía un mol de gas a sutemperatura y presión críticas. 'stas tres cantidades, la temperatura, presión yvolumen críticos, se denominan con&untamente constantes críticas de una

sustancia.

(or medio de las constantes de los valores de an der Paals se puedencalcular las constantes críticas de un gas. 'l punto de inflexión de la curva de (con respecto a , en el punto crítico, de modo que la derivada de ( sobre laderivada de )Z( 8 Z*2c 3 4 y )Z 9( 8 Z 9*2c 3 4.

Sabiendo el valor de las constantes VaV y VbV obtenidas a través de derivadasse obtiene que!

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a 3 .(c.c 9

b 3 c8

G 3 @.(c.c8.2c

- Presi!" de &apor de l=>'idos

La presión de vapor en equilibrio con un líquido o un sólido a cualquier

temperatura se denomina presión de vapor de la sustancia a esa temperatura.

La presión de vapor de una sustancia es función de la temperatura solamente,no del volumen.

'n un recipiente que contenga líquido y vapor en equilibrio a temperaturaconstante, la presión no depende de las cantidades relativas de vapor y líquido.Si por alg1n motivo la cantidad de líquido disminuye, el vapor se condensa)para compensar* y viceversa, pero si se suministra o sustrae calor atemperatura constante, la presión no varía.

La temperatura del punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cualsu presión de vapor es igual a la presión exterior.

4- Los par)(e%ros red'$idos

Son condiciones de temperatura, presión y volumen corregidas o normalizadas,mediante la división entre sus condiciones reducidas,así!

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2r 3 282c

(r 3 (8(c

r 3 8c

La idea, tal como fue sugerida por an der Paals, es de que todas lassustancias se comporten en forma similar en su estado reducido, es decir,VcorregidoV. 'n particular, cualquier sustancia tiene el mismo volumen reducidoa la misma temperatura y presión reducida. 'n términos matem#ticos se puedeindicar que!

f)(r ,2r ,r *

'n donde VrV es cierta constante. [ se puede aplicar a muchas sustancias puesno dependen de constantes específicas se les llama ecuaciones de estadogeneralizadas

*- #a$%or de $o(presi?ilidad @

0omo el gas real no se a&usta a la teoría cinética de los gases tampoco sea&usta a la ecuación de estado y se hace necesario establecer una ecuación deestado para gases reales.

La ecuación m#s sencilla y la m#s conocida para analizar el comportamiento delos gases reales presenta la siguiente forma!

P89 6 8"8R8T

(! presión absoluta.! volumen.G! constante universal de los gases.2! temperatura absoluta.7! 71mero de moles del gas

\ se puede considerar como un factor de corrección para que la ecuación deestado se pueda seguir aplicando a los gases reales. 'n realidad \ corrige los

valores de presión y volumen leídos para llevarlos a los verdaderos valores depresión y volumen que se tendrían si el mol de gas se comportara a latemperatura 2 como ideal. \ se conoce como factor de compresibilidad, ydepende del tipo de gas y las condiciones de presión y temperatura a que seencuentraI cuando éstas son ba&as, próximas a las condiciones normales, \ seconsidera igual a uno.0uando se trata de gases reales, la presión indicada por el registrador depresión es menor que la presión a la que se encontraría el gas si fuera idealpues hay que descontar las interacciones entre las moléculas y por otra parte elvolumen disponible para el movimiento de las moléculas es menor que elvolumen del recipiente pues no se puede despreciar el volumen ocupado por

las moléculas.

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'l factor de compresibilidad \ es un factor que compensa la falta de idealidaddel gas, así que la ley de los gases ideales se convierte en una ecuación deestado generalizada.

Gepitiendo entonces, la ecuación de estado para un gas ideal, prescinde de lavariable VzV ya que esta para un gas ideal, vale uno. [ para un gas real, ya queesta variable tiene que ser diferente de uno, así que la formula queda de estaforma!

P89 6 8"8R8T

na forma de pensar en z es como un factor que convierte la ecuación en unaigualdad. Si sé grafica el factor de compresibilidad para una temperatura dadacontra la presión para diferentes gases, se obtienen curvas. 'n cambio, si la

compresibilidad se grafica contra la presión reducida en función de latemperatura reducida, entonces para la mayor parte de los gases los valores decompresibilidad a las mismas temperatura y presión reducidas quedanaproximadamente en el mismo punto.

(ara un gas ideal la variable VzV siempre vale uno, en cambio para un gas real,VzV tiene que valer diferente que uno. n valor para \ ] " significa que elelemento en cuestión es Geal, y no ideal. 'n este caso cuando \ ^ " significaque el elemento no es un gas ideal si no real.

Los gases reales, a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales,

act1an como gases ideales, no siendo así a presiones y temperaturas le&anas.

,- De%er(i"a$i!" del ;a$%or (ara poder aplicar la ecuación P89 6 8"8R8T se requiere conocer el factor \, elcual, como ya se di&o, depende de las condiciones de presión y temperatura ydel tipo de gas. 'l c#lculo de \ se puede hacer a partir de correlaciones y sehar# énfasis fundamentalmente en la correlación de Standing ; 6atz por ser lam#s conocida.

Cálculo de Z para gases puros!

'n este caso se requiere conocer la temperatura y presión crítica delcompuesto. Las condiciones críticas son características de cada componente yse pueden obtener de tablas de propiedades físicas.

Presin cr!tica! alor límite de la presión de saturación cuando la temperaturade saturación se aproxima a la temperatura crítica.

emperatura cr!tica! C#xima temperatura a la que los estados bien definidos delíquido y vapor pueden existir. (uede definirse como la m#xima temperatura ala que es posible hacer que un gas cambie al estado líquido )se licue*solamente mediante la presión.

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na vez conocidas las condiciones críticas se obtienen las condicionesreducidas, que se definen como!

(reducida 3 (r 3 (8(c )5*

2reducida 3 2r 3 282c )4,544,",555,$

">,$@4,$5$,$$",45

",45",454,?$",?

",>4,5?4,A"

",A$4,4,$?4,544,A

;;;

">"4;

$4$5?5

;;

54;;;

;$4"$">

;

'quivalencias!

" :D8:g.6 3 4,$@@ :cal8:g.O0

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/- Ta?las para allar el ;a$%or de $o(presi?ilidad para 0 B Pr B 1

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- Ta?las para allar el ;a$%or de $o(presi?ilidad para 0 B Pr B 1

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40- Le de las presio"es par$iales

0ontenedor esférico de gas.

La le de las presio"es par$iales )conocida también como le de Dal%o"* fueformulada en el aFo "@4 por el físico, químico y matem#tico brit#nico DohnMalton. 'stablece que la presión de una mezcla de gases, que no reaccionanquímicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que e&ercería cadauno de ellos si solo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin cambiar latemperatura. La ley de Malton es muy 1til cuando deseamos determinar larelación que existe entre las relaciones parciales y la presión total de unamezcla de gases.

La presión parcial de un gas en una mezcla es la medida de la actividadtermodin#mica de las moléculas de dicho gas y, por lo tanto, es proporcional ala temperatura y concentración del mismo.

'n términos m#s sencillos, la presión parcial de un gas ideal en una mezcla esigual a la presión que e&ercería en caso de ocupar él solo el mismo volumen ala misma temperatura. 'sto sucede porque las moléculas de un gas ideal est#n

tan ale&adas unas de otras que no interact1an entre ellas. Boy en día hay gasesque se acercan mucho a este ideal.

0omo consecuencia de esto, la presión total, es decir la suma de todas estaspresiones, de una mezcla en equilibrio es igual a la suma de las presionesparciales de los gases presentes. (or e&emplo, para la reacción dada!

7$ Q B$ _ $7B

La presión total es igual a la suma de las presiones parciales individuales delos gases que forman la mezcla!

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Monde ( es la presión total de la mezcla y ( # denota la presión parcial de # .

Si se disminuye el volumen del recipiente, la presión total de los gasesaumenta.

La presión parcial de un gas es proporcional a su fracción molar, lo que es unamedida de concentración.

!e"inici#n "ormal

Se puede hacer una definición m#s formal de la teoría mediante la aplicaciónde matem#ticas, la presión de una mezcla de gases puede expresarse comouna suma de presiones mediante!

o igual

Monde representan la presión parcial de cada componenteen la mezcla. Se asume que los gases no tienen reacciones químicas entre ellos, el caso m#s ideal es con gases nobles.

donde es la fracción molar del i;ésimo componente de la mezcla total delos m componentes. La relación matem#tica así obtenida es una forma de

poder determinar analíticamente el volumen basado en la concentración decualquier gas individualmente en la mezcla.

Monde la expresión! es la concentración del i;ésimo componente de lamezcla expresado en unidades de ppm.

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La ley de las presiones parciales de Malton se expresa b#sicamente como quela presión total de una mezcla y esta es igual a la suma de las presionesparciales de los componentes de esta mezcla.

Concepto mediante Gases ideales

0uando Malton formuló por primera vez su teoría atómica poco había elaboradola teoría acerca de la vaporización del agua y del comportamiento de lasmezclas gaseosas. partir de sus mediciones dedu&o que dos gases son unamezcla y que actuaban de una manera mutuamente independiente.

(or e&emplo si se colocan tres gases distintos en un recipiente de determinadovolumen )*, se puede considerar que cada uno de estos gases ocupara todoel volumen del recipiente, es decir, conformara el volumen del recipiente ytendr#n la misma temperatura.

Si estudi#ramos cada uno de estos gases en formas separadas, la contribucióna la presión de cada componente esta directamente relacionada con el n1merode moles del componente y de los choques que tienen las moléculas con lasparedes del recipiente. Mado que cada componente tiene el mismo volumen yla misma temperatura, la diferencia de las presiones que e&ercen los tresdistintos gases se deber#n a los distintos n1meros de moles.

'ntonces la presión que e&erce un componente determinado de una mezcla degases se llama presión parcial el componente. Las presiones parciales secalculan aplicando la ley de los gases ideales a cada componente. sí la

presión parcial )(c* para un componente consiste en nc moles a la temperatura2 en el volumen , siendo G la constante universal de los gases ideales, est#dada por la expresión!

Se puede calcular la presión parcial de cada componente, si se conoce eln1mero de moles de cada uno de los gases que se encuentran en la mezclaencerrada en un volumen determinado y a una temperatura dada. Mebido a quelas partículas de cada gas componente se conducen de una forma diferente, lamezcla total que e&erza la mezcla ser# el resultado de todas las partículas.'stablece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de aspresiones parciales de los gases individuales.

OTA:'n este caso, (c es la presión parcial del componente y no la presión crítica

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04-Teoría de Gases Ideales y Reales (1)

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