7/21/2019 Captulo 3

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Captulo 3

Una sustancia que tiene una composicin qumica fija en cualquier parte se llama sustancia pura.

Fases de una sustancia pura:Las molculas en un slido estn dispuestas en un patrn tridimensional (red) que se repite por todo el

slido (Fig. 3-3). A causa de las pequeas distancias intermoleculares existentes en un slido, las fuerzas

de atraccin entre las molculas son grandes y las mantienen en posiciones fijas (Fig. 3-4). Estas fuerzas

de atraccin entre molculas se vuelven de repulsin a medida que la distancia intermolecular se aproximaa cero, lo cual evita que las molculas se apilen unas sobre otras.

El espaciamiento molecular en la fase lquida es parecido al de la fase slida, excepto en que las molculasya no estn en posiciones fijas entre s y pueden girar y trasladarse libremente. En un lquido, las fuerzas

intermoleculares son ms dbiles en relacin con los slidos, pero su fuerza es mayor comparada con la

de los gases. Comnmente las distancias entre molculas experimentan un ligero incremento cuando unslido se vuelve lquido, pero el agua es una notable excepcin.

En la fase gaseosa, las molculas estn bastante apartadas, no hay un orden molecular, se mueven al azar

con colisiones continuas entre s y contra las paredes del recipiente que las contiene. Sus fuerzas

moleculares son muy pequeas, particularmente a bajas densidades, y las colisiones son el nico modo deinteraccin entre las molculas. En la fase gaseosa las molculas tienen un nivel de energa

considerablemente mayor que en la lquida o la slida; por lo tanto, para que un gas se condense o congeledebe liberar antes una gran cantidad de su energa.

Lquido comprimido o lquido subenfriado, lo cual significa que no est a punto de evaporarse.Un lquido que est a punto de evaporarse se llama lquido saturadoUn vapor que est apunto de condensarse se llama vapor saturado

Un vapor que no est a punto de condensarse (es decir, no es vapor saturado) se denomina vaporsobrecalentado;

A una determinada presin, la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama

temperatura de saturacin, Del mismo modo, a una temperatura determinada, la presin a la que unasustancia pura cambia de fase se llama presin de saturacin.

Para fundir un slido o vaporizar un lquido se requiere una gran cantidad de energa. La cantidad de sta

que es absorbida o liberada durante el proceso de cambio de fase se llama calor latente.Especficamente, la cantidad de energa absorbida durante la fusin se llama calor latente de fusin yequivale a la cantidad de energa liberada durante la congelacin. De modo similar, la cantidad de

energa absorbida durante la evaporacin se llama calorlatente de evaporacin y es equivalente a laenerga liberada durante la condensacin.

Punto crtico y se define como el punto en el que los estados de lquido saturado y de vapor saturadoson idnticos.

El paso directo de la fase slida a la de vapor se denomina sublimacin

Diagrama de fasesporque las tres fases estn separadas entre s por tres lneas: la de sublimacin separa

las regiones slida y de vapor, la de evaporacin divide las regiones lquida y de vapor, y la de fusin

separa las regiones slida y lquida. Estas tres lneas convergen en el punto triple, donde las tres fases

coexisten en equilibrio.

La cantidad hfg es la entalpa de vaporizacin (o calor latente de vaporizacin) y representa la cantidad

de energa necesaria para evaporar una masa unitaria de lquido saturado a una temperatura o presindeterminadas. Disminuye cuando aumenta la temperatura o la presin y se vuelve cero en el punto

crtico.

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Tablas de propiedades:

Estados de lquido saturado y de vapor saturadoMezcla saturada de lquido-vapor

Vapor sobrecalentado

Lquido comprimido

Cualquier ecuacin que relacione la presin, la temperatura y el volumen especfico de una sustancia sedenomina ecuacin de estado.

La masa molarM se define como la masa de un mol (llamada tambingramo- mol, abreviado gmol) deuna sustancia en gramos, o bien, la masa de un kmol (llamada tambin kilogramo-mol, abreviado

kgmol) en kilogramos.

El factorZpara todos los gases es aproximadamente el mismo a iguales presin y temperatura reducidas,

lo cual recibe el nombre de principio de estados correspondientes.

El factor de compresibilidad(Z), conocido tambin como el factor de compresin, es larazn delvolumen molarde ungascon relacin al volumen molar de ungas ideala la mismatemperatura y presin. Es una propiedadtermodinmicatil para modificar laley de los gases

idealespara ajustarse al comportamiento de ungas real.

Ecuaciones de estado:

4El factor de compresibilidad z

o 4.1Modelo Matemtico de Van der Waals

o 4.2Modelo Matemtico del Virial

o 4.3Modelo Matemtico de Redlich-Kwong

o 4.4Modelo Matemtico de Soave

o 4.5Modelo Matemtico de Peng-Robinson

o 4.6Modelo Matemtico de Beattie-Bridgeman

o 4.7Ecuacin de Benedict-Webb-Rubin

o 4.8Ecuacin de BWRS

o 4.9Elliott, Suresh, Donohue

o 4.10Ecuacin de Bose ideal

o 4.11Ecuacin PC-SAFT

Van der Waals intent mejorar la ecuacin de estado de gas ideal al incluir dos de los efectos noconsiderados en el modelo de gas ideal: lasfuerzas deatraccin intermoleculares y el volumen que

ocupan las molculas por smismas.

Sustancias puras, procesos de cambio de fase, diagramas de propiedades3-1C Cul es la diferencia entre lquido saturado y lquido comprimido?3-2C Cul es la diferencia entre vapor saturado y vapor sobrecalentado?

3-3C Hay diferencia entre las propiedades intensivas del vapor saturado a determinada temperatura, y del vaporque forma parte de un vapor hmedo a la misma temperatura?3-4C Si aumenta la presin de una sustancia durante un proceso de ebullicin aumentar tambin la temperatura, o

permanecer constante? Por qu?3-5C Por qu la temperatura y la presin son propiedades interdependientes en la regin de vapor hmedo?

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7/21/2019 Captulo 3

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C3-10 Una olla de ajuste perfecto y su tapa a menudo se adhieren despus de la coccin como resultado del

vaco creado en el interior como la temperatura y por lo tanto la presin de saturacin correspondiente dentro

de las gotas de la sartn. Una manera fcil de quitar la tapa es para recalentar la comida. Cuando la

temperatura se eleva a nivel de ebullicin, la presin se eleva a valor atmosfrico y por lo tanto la tapa vendr

de inmediato.

3-11C La masa molar de la gasolina (C8H18) es de 114 kg / kmol, que es mucho mayor que la masa molar de

aire que es de 29 kg / kmol. Por lo tanto, el vapor de gasolina se establecer en vez de elevarse incluso si es a

una temperatura mucho ms alta que el aire circundante. Como resultado, la mezcla caliente de aire y gasolina

en la parte superior de un gasolina abierta lo ms probable es sentar la cabeza en lugar de subir en unambiente ms fresco

3-12C S. De lo contrario, podemos crear energa alternativamente vaporizacin y condensacin de una

sustancia.

3-13C No. Porque en el anlisis termodinmico nos ocupamos de los cambios en las propiedades; y loscambios son independientes del estado de referencia seleccionado.

3-14C El trmino hfg representa la cantidad de energa necesaria para vaporizar una unidad de masa de

lquido saturado a una temperatura o presin especificada. Se puede determinar a partir de hfg = hg - hf.

3-15C S. Se disminuye con el aumento de presin y se convierte en cero en la presin crtica.

3-16C S; cuanto mayor es la temperatura menor es el valor HFG.

Calidad 3-17C es la fraccin de vapor en una mezcla lquido-vapor saturado. No tiene ningn sentido en la

regin de vapor sobrecalentado.

3-18C vaporizacin Completamente 1 kg de lquido saturado a 1 atm de presin ya que la mayor sea lapresin, menor es la HFG.

3-19C No. calidad es una relacin de masa, y no es idntica a la relacin de volumen.

3-69C de masa m es simplemente la cantidad de materia , masa molar M es la masa de un mol en gramos o la

masa de un kmol en kilograms . Estos dos estn relacionados entre s por m = NM , donde N es el nmero de

moles .3-70C Un gas puede ser tratado como un gas ideal cuando est a una temperatura alta o baja presin con

relacin a su temperatura y presin crtica .

3-71C Ru es la constante universal de los gases que es el mismo para todos los gases mientras que R es la

constante de gas especfica que es diferente para diferentes gases. Estos dos estn relacionados entre s por R

= Ru / M, donde M es la masa molar del gas.

Propano 3-72C ( masa molar = 44,1 kg / kmol ) plantea un mayor peligro de incendios que el metano ( masa

molar = 16 kg / kmol ), ya que el propano es ms pesado que el aire ( masa molar = 29 kg / kmol ) , y va aestablecerse cerca el piso. El metano, por otro lado , es ms ligero que el aire y por lo tanto se levantar y

escaparse hacia fuera .

3-84C Se representa la desviacin del comportamiento de gas ideal. Cuanto ms lejos es a partir de 1 , ms el

gas se desva de comportamiento de gas ideal.

3-85C Todos los gases tienen el mismo factor de compresibilidad Z a la misma temperatura y presin

reducidas .

3-86 Reduccin de la presin es la presin normalizada con respecto a la presin crtica ; y la temperatura

reducida es la temperatura normalizado con respecto a la temperatura crtica.