FISICOQUÍMICA

AGENDA:

i. Presentación del curso

ii. Mezcla de gases ideales

PRESENTACIÓN DEL CURSO

No. DE CRÉDITOS ACADÉMICOS: 3

HORAS SEMANALES: 4

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

División de la Fisicoquímica (Physical

Chemistry) Química Física)

FISICOQUÍMICA

Un sistema químico puede clasificarse

como microscópico o macroscópico.

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 combinada de los gases

Cambios simultáneos de P,V y 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

ESTUDIAR

Numeral 1.4

Numeral 1.6

Numeral 1.8

de la Fisicoquímica de Levine, 5 edición.

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

7. Volumen Molar

lbnft

P

RT

n

VVm

3

Volumen ocupado por una mol

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

EJEMPLO 1

Componente Wi Mwi yi*MWi

C1

C2

C3

n-C4

n-C5

Mwa

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

COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD

2

1

2

1

P

P

V

VV

dVdPK

TP

V

VK

1

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

2.

RTA: 1.25X10-3 psia-1