TERMODINÁMICA

Margarita Viniegramvr@xanum.uam.mx

Extensión 4667

Fisicoquímica, P. W. Atkins, 3era edición, Addison-Wesley iberoamericana

Varias imágenes y ecuaciones se obtuvieron de la página del profesor Barletta de la U de Alabama del Sur

Capítulo 1: propiedades de los gases

Tarea 2:

A1.1, A1.6, A1.7

Problemas: 1.8 1.13, 1.14, 1.19, 1.27, 1.30,

Ecuaciones de estado

Gases son el estado de agregación molecular más simple » Llenan completamente el recipiente que los contiene» Son totalmente solubles entre ellos

Ecuación de estado – ecuación que relaciona las variables que describen el estado físico del sistema

» Ecuación de estado para un gas: p = f (T,V,n)» Propiedades de Gases (puros) – cuatro, pero con sólo tres

especificamos el estado del sistema Presión (p), Volumen (V), Temperatura (T), cantidad de sustancia

(moles, n)

Presión, p, fuerza por unidad de área, N/m2 = Pa (pascal) » presión estándar = pø = 105 Pa = 1bar» Medida por manómetro (tubo abierto o cerrado), p = pexterna + gh

g = 9.81 ms-2

» Equilibrio mecánico – las presiones deben ser las mismas a uno y otro lado de las paredes

Volumen, V» m3, L

Cantidad de sustancia (número de moles), n Temperatura, T, indica dirección del flujo de energía (calor) Fronteras entre sistemas

» Diatérmicas – permiten flujo de calor. Ocurre un cambio de estado cuando entran en contacto sistemas con diferentes temperaturas

» Adiabáticas – no permiten el flujo de calor.

Ecuaciones de estado

Flujo de calor y equilibrio térmico

Equilibrio término – no ocurre ningún cambio cuando dos sistemas entran en contacto a través de fronteras diatérmicas

Ley Cero de la termodinámica - Si A está en equilibrio térmico con B y B está en equilibrio térmico con C entonces A se encuentra en equilibrio térmico con C

» Justifica el uso de termómetros» Escalas de temperatura:

escala Celsius, t, · (°C) escale Absoluta, escale termodinámica , (K no°K)

T (K) = t + 273.15

A Bcalor

Pared diatérmica

A B

pared diatérmica

altaTemp.

bajaTemp.

A B

Pared adiabática

TA = TB

calor

Ecuación de estado ( p = f(V,T,N) Ley del Gas Ideal (gas perfecto)

Es una ecuación de estado, aproximada, para cualquier gas

» pV = nRT; pVm = RT

» R, constante general del edo. gaseoso, 8.31447 JK-1mol -1

Los gases se acercan más a este comportamiento cuando p 0. Es una ley límite

para n y V fijos, si T 0, p 0 linealmente» Casos particulares (antecedentes históricos): Ley de Boyle (1661), Ley

de Charles [Gay-Lussac (1802-08)]; principio de Avogodro (1811)» Muy importante a STP (T= 298.15, p = pø =1bar), V/n (volumen molar)

= 24.789 L/mol

Para una cantidad fija de gas (n constante) la gráfica pVT genera una superficie

» Isobara - presión constante - recta, V T

» Isoterma - temperatura constante, hipérbola, pV = constante

» Isocora - volumen constante - recta p T

http://www.chem1.com/acad/webtext/gas/gas_2.html#PVT

Ecuación de estado ( p = f(V,T,N) Ley del Gas Ideal (gas perfecto)

Resumen Leyes de los Gases

p T n V

Boyle aumenta constante constante disminuye V 1/p

Charles constante aumenta constante aumenta T V

Avogadro constante constante aumenta aumenta n V

Ley de Dalton de las presiones parciales

V y T son constantes

p1 p2 ptotal = p1 + p2

Considera el caso en el que dos gases, A y B, están en un recipiente de volumen V a T constante.

pA = nART

V

pB = nBRT

V

nA es el número de moles de A

nB es el número de moles de B

pT = pA + pB XA = nA

nA + nB

XB = nB

nA + nB

pA = XA pT pB = XB pT pi = Xi pT

Considera el siguiente aparato. Calcula las presiones parciales de helio y de neón después de abrir la válvula. La temperatura se mantiene constante.

He Ne

1.2 L, 0.63 atm 3.4 L, 2.8 atm

ffii VpVp LV f 6.44.32.1

atmp

He

f 16.06.4

)63.0(2.1

:

atmp

Ne

f 1.26.4

)8.2(4.3

:

El etileno gaseoso, C2H4, reacciona con gas hidrógeno en presencia de un catalizador de Pt para formar etano, C2H6, según

C2H4(g) + H2(g) C2H6(g)

Una mezcla de C2H4 y H2 de la que sólo se sabe que contiene más moles de H2 que de C2H4 tiene una presión de 52 torr en un volumen desconocido. Después de haber pasado la mezcla por un catalizador de Pt, su presión es de 34 torr en el mismo volumen y a la misma temperatura ¿qué fracción molar de la mezcla original era etileno?