1. Conceptos Previos y Gases en Termodinamica

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

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