Segundo Informe de Fisico Quimica

FISICO-QUÍMICA

Termodinámica de gases UNI – FIGMM ______________________________________________________________________________

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA Y METALÚRGICA

SEGUNDO LABORATORIO DE FISICO-QUIMICA TEMA: TERMODINÁMICA DE GASES

ALUMNO

:

CCANCHI SANTIAGO MAYRA

PROFESOR

:

ING. ARTURO LOBATO FLORES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

FISICO-QUÍMICA


Noviembre 2015

INTRODUCCIÓN En esta experiencia se estudiar a !"s #ases desde un punt" de $ista ter%"din%ic"& A'"ra se de(er tener en cuenta )ue !as %edici"nes de(ern ser 'ec'as !" %s cuidad"sas )ue sean p"si(!es *a! 0&1%L+& Nuestra %uestra #ase"sa !" tratare%"s i#ua!%ente c"%" )ue tiene c"%p"rta%ient" de #as idea!,  )ue ade%s es un siste%a cerrad"  p"r !" tant" su ener#.a  %asa s"n c"nstantes& Se estudi/ a !"s #ases desde un punt" de $ista ter%"din%ic", c"%pr"(and" !as !ees de "!e  de Ga Lussac& "!e, R"(ert *12-131+, cient.4c" (ritnic", ue un" de !"s pri%er"s deens"res de !"s %6t"d"s cient.4c"s  un undad"r de !a )u.%ica %"derna& Ga-Lussac, 7"sep' L"uis *18-1850+, )u.%ic"  .sic" ranc6s c"n"cid" p"r sus estudi"s s"(re !as pr"piedades .sicas de !"s #ases&

La ter%"din%ica pr"$iene de !as pa!a(ras #rie#as *ca!"r+  *p"tencia+& Es e! estudi" de! ca!"r, e! tra(a9", !a ener#.a  !"s ca%(i"s )ue pr"$"can !"s estad"s de !"s siste%as, en un siste%a %s a%p!i" estudian !as re!aci"nes %acr"sc/picas de un siste%a& La te%peratura es una pr"piedad esencia! en !a ter%"din%ica&

La ter%"din%ica esta(!ece su atenci/n en e! interi"r de !"s siste%as .sic"s, en !"s interca%(i"s de ener#.a en "r%a de ca!"r )ue se !!e$an a ca(" entre un siste%a  "tr"& A !as %a#nitudes %acr"sc/picas )ue se re!aci"nan c"n e! estad" intern" de un siste%a se !es !!a%a c""rdenadas ter%"din%icas: 6stas n"s $an a audar a deter%inar !a ener#.a interna de! siste%a& En resu%en, e! 4n ;!ti%" de !a ter%"din%ica es enc"ntrar entre !as c""rdenadas ter%"din%icas re!aci"nes #enera!es c"'erentes c"n !"s principi"s (sic"s de !a .sica&


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La ter%"din%ica (asa sus an!isis en a!#unas !ees< La Le =cer"=, reerente a! c"ncept" de te%peratura, !a >ri%era Le de !a ter%"din%ica, )ue n"s 'a(!a de! principi" de c"nser$aci/n de !a ener#.a, !a Se#unda Le de !a ter%"din%ica, )ue n"s de4ne a !a entr"p.a&


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OBJETIVOS

De%"strar !as !ees )ue re!aci"nan !a presi/n, te%peratura  $"!u%en en !"s 

#ases idea!es&  Veri4car !a Le de "!e *pr"ces" is"t6r%ic"+ de !a pri%era experiencia de !"s #ases&  Veri4car Ga-Lussac *pr"ces" is"c/ric"+ de !a se#unda experiencia de !"s #ases&  E$a!uar desde un punt" de $ista ter%"din%ic" !a !e de "!e  !a !e de

Ga Lussac&  Descri(ir e! "ri#en de !as !ees )ue dier"n !u#ar a !a "r%u!aci/n de !a

ecuaci/n de estad" de !"s #ases idea!es&  >"ner de %ani4est" c/%" se !"#r/ !a interpretaci/n de !as !ees de !"s #ases en unci/n de !"s %"$i%ient"s de !as %"!6cu!as c"nstituentes&  C"n"cer !a e$"!uci/n de !"s estudi"s para "(tener una ecuaci/n de estad" de $a!ide? #enera! para t"d" tip" de siste%as #ase"s"s, a 4n de descri(ir e! c"%p"rta%ient" de !"s #ases )ue n" se c"%p"rtan idea!%ente&


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FUNDAMENTO TEÓRICO La ter%"din%ica puede de4nirse c"%" e! te%a de !a @.sica )ue estudia !"s pr"ces"s en !"s )ue se trans4ere ener#.a c"%" ca!"r  c"%" tra(a9"& Sa(e%"s )ue se eect;a tra(a9" cuand" !a ener#.a se trans4ere de un cuerp" a "tr" p"r %edi"s %ecnic"s& E! ca!"r es una transerencia de ener#.a de un cuerp" a un se#und" cuerp" )ue est a %en"r te%peratura& O sea, e! ca!"r es %u se%e9ante a! tra(a9"& E! ca!"r se de4ne c"%" una transerencia de ener#.a de(ida a una dierencia de te%peratura, %ientras )ue e! tra(a9" es una transerencia de ener#.a )ue n" se de(e a una dierencia de te%peratura& A! 'a(!ar de ter%"din%ica, c"n recuencia se usa e! t6r%in" =siste%a=& >"r siste%a se entiende un "(9et" " c"n9unt" de "(9et"s )ue desea%"s c"nsiderar& E! rest", !" de%s en e! Uni$ers", )ue n" pertenece a! siste%a, se c"n"ce c"%" su =a%(iente=& Se c"nsideran $ari"s tip"s de siste%as& En un siste%a cerrad" n" entra ni sa!e %asa, c"ntraria%ente a !"s siste%as a(iert"s d"nde s. puede entrar " sa!ir %asa& Un siste%a cerrad" es ais!ad" si n" pasa ener#.a en cua!)uiera de sus "r%as p"r sus r"nteras& >re$i" a pr"undi?ar en este te%a de !a ter%"din%ica, es i%prescindi(!e esta(!ecer una c!ara distinci/n entre tres c"ncept"s (sic"s< te%peratura, ca!"r  ener#.a interna& C"%" e9e%p!" i!ustrati$", es c"n$eniente recurrir a !a te"r.a cin6tica de !"s #ases, en )ue 6st"s sa(e%"s estn c"nstituid"s p"r nu%er"s.si%as %"!6cu!as en per%anente c'")ue entre s.& La te%peratura es una %edida de !a ener#.a cin6tica %edia de !as %"!6cu!as indi$idua!es& E! ca!"r es una transerencia de ener#.a, c"%" ener#.a t6r%ica, de un "(9et" a "tr" de(ida a una dierencia de te%peratura& La ener#.a interna *" t6r%ica+ es !a ener#.a t"ta! de t"das !as %"!6cu!as de! "(9et", " sea inc!ue ener#.a cin6tica de tras!aci/n, r"taci/n  $i(raci/n de !as %"!6cu!as, ener#.a p"tencia! en %"!6cu!as  ener#.a p"tencia! entre %"!6cu!as& >ara %a"r c!aridad, i%a#ine%"s d"s (arras ca!ientes de un %is%" %ateria! de i#ua! %asa  te%peratura& Entre !as d"s tienen e! d"(!e de !a ener#.a interna respect" de una s"!a (arra& N"te%"s )ue e! u9" de ca!"r entre d"s "(9et"s depende de sus te%peraturas  n" de cunta ener#.a t6r%ica " interna tiene cada un"& E! u9" de ca!"r es sie%pre desde e! "(9et" a %a"r te%peratura 'acia e! "(9et" a %en"r te%peratura&

Sistemas Termodi!mi"os# Un siste%a ter%"din%ic" *ta%(i6n den"%inad" sustancia de tra(a9"+ se de4ne c"%" !a parte de! uni$ers" "(9et" de estudi"& Un siste%a ter%"din%ic" puede ser una c6!u!a, una pers"na, e! $ap"r de una %)uina de $ap"r, !a %e?c!a de #as"!ina  aire en un %"t"r t6r%ic", !a at%/sera terrestre, etc& UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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E! siste%a ter%"din%ic" puede estar separad" de! rest" de! uni$ers" *den"%inad" a!reded"res de! siste%a+ p"r paredes rea!es " i%a#inarias& En este ;!ti%" cas", e! siste%a "(9et" de estudi" ser.a, p"r e9e%p!", una parte de un siste%a %s #rande& Las paredes )ue separan un siste%a de sus a!reded"res pueden ser ais!antes *!!a%adas paredes adia(ticas+ " per%itir e! u9" de ca!"r *diat6r%icas+& L"s siste%as ter%"din%ic"s pueden ser ais!ad"s, cerrad"s " a(iert"s& Siste%a ais!ad"< es a)u6! )ue n" interca%(ia ni %ateria ni ener#.a c"n !"s a!reded"res& Siste%a cerrad"< es a)u6! )ue interca%(ia ener#.a * ca!"r  tra(a9"+ per" n" %ateria c"n !"s a!reded"res *su %asa per%anece c"nstante+& Siste%a a(iert"< es a)u6! )ue interca%(ia ener#.a  %ateria c"n !"s a!reded"res& En !a si#uiente 4#ura se 'an representad" !"s distint"s tip"s de siste%as ter%"din%ic"s a !" !ar#" de estas p#inas tratare%"s !"s siste%as cerrad"s&

Cuand" un siste%a est ais!ad"  se !e de9a e$"!uci"nar un tie%p" su4ciente, se "(ser$a )ue !as $aria(!es ter%"din%icas )ue descri(en su estad" n" $ar.an& La te%peratura en t"d"s !"s punt"s de! siste%a es !a %is%a, as. c"%" !a presi/n& En esta situaci/n se dice )ue e! siste%a est en e)ui!i(ri" ter%"din%ic"&

E$%i&i'rio termodi!mi"o# En Ber%"din%ica se dice )ue un siste%a se encuentra en e)ui!i(ri" ter%"din%ic" cuand" !as $aria(!es intensi$as )ue descri(en su estad" n" $ar.an a !" !ar#" de! tie%p"& Cuand" un siste%a n" est ais!ad", e! e)ui!i(ri" ter%"din%ic" se de4ne en re!aci/n c"n !"s a!reded"res de! siste%a& >ara )ue un siste%a est6 en e)ui!i(ri", !"s $a!"res de !as $aria(!es )ue descri(en su estad" de(en t"%ar e! %is%" $a!"r para e! siste%a  para sus a!reded"res& Cuand" un siste%a cerrad" est en e)ui!i(ri", de(e estar si%u!tnea%ente en e)ui!i(ri" t6r%ic"  %ecnic"& Equilibrio térmico: !a te%peratura de! siste%a es !a %is%a )ue !a de !"s a!reded"res& Equilibrio mecánico: !a presi/n de! siste%a es !a %is%a )ue !a de !"s a!reded"res&

Eer()a, "a&or * tra'a+o e sistemas (aseosos# UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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L"s #ases, p"r n" tener "r%a ni $"!u%en pr"pi"s, s"n %u ;ti!es para estudiar trans"r%aci"nes de ener#.a& Sa(e%"s )ue !a principa! dierencia entre #ases  !.)uid"s " entre #ases  s/!id"s, es )ue, en un #as, !as %"!6cu!as )ue !" c"nstituen se encuentran tan !e9anas entre s. )ue !as p"de%"s c"nsiderar c"%" part.cu!as independientes& >ara un pri%er estudi" de !as trans"r%aci"nes de ener#.a, n"s resu!ta %u ;ti! un siste%a en e! )ue p"de%"s c"nsiderar )ue !as ener#.as de interacci/n entre !as part.cu!as s"n %u pe)ueas, c"%" sucede c"n !"s #ases, a! %en"s en un inter$a!" n"r%a! de presi"nes  te%peraturas& >"r supuest" )ue si au%enta%"s !a presi/n de un #as  dis%inui%"s su te%peratura, !"#rare%"s )ue !as %"!6cu!as est6n %s cerca unas de "tras& Est" dar.a !u#ar a interacci"nes %"!ecu!ares )ue, de ser t"%adas en cuenta, c"%p!icar.an en #ran %edida nuestr" estudi"& Es una !e natura! )ue t"d"s !"s siste%as tienen tendencia a ad)uirir un estad" de %.ni%a ener#.a& En un #as, este estad" se 'a!!a as"ciad" a !a %en"r te%peratura p"si(!e  a !as presi"nes %s (a9as, para )ue sus %"!6cu!as est6n %u !e9anas entre s. de %"d" )ue n" existan interacci"nes& A! c"%pri%ir un #as, est" es, dis%inuir su $"!u%en  p"r tant" au%entar !a presi/n, esta%"s "(!i#and" a !as %"!6cu!as a acercarse unas a "tras  p"r !" tant" au%entar !a ener#.a de! siste%a& Si per%iti%"s )ue e! siste%a trans4era esta ener#.a excedente reci(ida p"r e! tra(a9" de c"%presi/n en "r%a de ca!"r 'acia !"s a!reded"res, p"de%"s !"#rar )ue, 4na!%ente, 6ste sea cer", !" )ue e)ui$a!e a )ue !a te%peratura de! siste%a se 'u(iera %antenid" c"nstante& >"r esta ra?/n dir.a%"s )ue e! pr"ces" 'a sid" is"t6r%ic" *de is"s, =i#ua!=, en #rie#"+&

Fi(%ra  . Al disminuir el volumen, las partículas se acercan, las condiciones aumentan y la presión también aumenta.

Ti-os de sistemas#


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Si e! siste%a n" puede transerir ener#.a 'acia sus a!reded"res  rea!i?a%"s un tra(a9" de c"%presi/n, su te%peratura tendr.a )ue au%entar c"%" c"nsecuencia de )ue 6ste 'a au%entad"& C"%" a 'e%"s %enci"nad", !!a%a%"s siste%as cerrad"s a a)ue!!"s en !"s )ue puede 'a(er transerencia de ener#.a entre e! siste%a  sus a!reded"res per" n" puede 'a(er transerencia de %asa& >"r e9e%p!", un recipiente %et!ic" perecta%ente cerrad" c"%" e! )ue se %uestra en !a 4#ura 1, c"ntiene en su interi"r e! siste%a =a#ua=& Si ca!enta%"s e! recipiente, e! ca!"r ser trans%itid" 'acia e! a#ua  p"r tant" 'a transerencia de ener#.a entre !"s a!reded"res  e! siste%a& >er" e! a#ua n" puede sa!ir de! recipiente& A est" n"s reeri%"s a! decir )ue n" puede 'a(er transerencia de %asa " %ateria entre !"s a!reded"res  e! siste%a& >"r !" tant", en !a 4#ura 1 tene%"s un e9e%p!" de siste%a cerrad"& L!a%a%"s siste%a ais!ad" a a)ue! cuas paredes n" per%iten ni !a transerencia de %asa ni !a transerencia de ener#.a& Si rec"rda%"s !a pri%era !e de !a ter%"din%ica, n"s ser ci! rec"n"cer !a $a!ide? de! si#uiente p"stu!ad"< =La ener#.a de un siste%a ais!ad" es c"nstante&=

Fi(%ra ./ Sistema cerrado.

Fi(%ra 0. Sistema aislado.


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Es di.ci! tener un siste%a perecta%ente ais!ad"& Un disp"siti$" c"%;n  c"n"cid" )ue pretende tener paredes ais!antes, es e! recipiente t6r%ic" )ue uti!i?a%"s para %antener nuestr"s a!i%ent"s a una te%peratura c"nstante& Existen siste%as !!a%ad"s a(iert"s, cuas paredes per%iten e! interca%(i" de %asa  de ener#.a entre siste%a  a!reded"res& De est"s siste%as 'a(!are%"s %s ade!ante& La ter%"din%ica estudia !"s siste%as )ue se encuentran en e)ui!i(ri"& Est" si#ni4ca )ue !as pr"piedades de! siste%a  t.pica%ente !a presi/n, !a te%peratura, e! $"!u%en  !a %asa  s"n c"nstantes& En !a $ida c"tidiana, es di.ci! enc"ntrar un siste%a )ue est6, de %anera ri#ur"sa, en e)ui!i(ri"& Sin e%(ar#", 'a siste%as en !"s )ue !as pr"piedades estn ca%(iand", per" en una "r%a tan !enta )ue, para 4nes prctic"s, p"de%"s c"nsiderar!"s c"%" siste%as en e)ui!i(ri"& Est" sucede en %uc'"s siste%as a(iert"s, un" de !"s cua!es p"de%"s ser n"s"tr"s %is%"s& FS"%"s un siste%a en e)ui!i(ri" Es e$idente )ue n", pues p"de%"s "(ser$ar )ue $a%"s en$e9eciend" c"n !"s a"s& Nuestra pie! se $a arru#and", nuestr" pe!" encanece " desaparece& >er" si n"s p"ne%"s rente a un espe9" durante $arias '"ras, es c!ar" )ue n" p"dr.a%"s n"tar este pr"ces" de en$e9eci%ient"& Nuestr" "r#anis%" est disead" para %antener una te%peratura c"nstante& Ha 'e%"s %enci"nad" )ue n"r%a!%ente este $a!"r es de un"s C& E! ca%(i" en un"s cuant"s #rad"s puede ser de c"nsecuencias ata!es& FC/%" !"#ra nuestr" cuerp" %antener su te%peratura Cuand" deci%"s )ue 'ace %uc'" ca!"r, es p"r)ue nuestr"s sentid"s detectan )ue !a te%peratura de !"s a!reded"res es %a"r )ue !a de nuestr" cuerp"& Genera!%ente suda%"s %ediante un pr"ces" Esta !!a%ad" transpiraci/n& E!i%ina%"s a#ua, !a cua! uti!i?a ener#.a para e$ap"rarse& ener#.a !a t"%a de nuestr" cuerp"  e!!" n"s auda a %antenern"s a una te%peratura c"nstante&


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Fi(%ra 1/ Transmisión de calor: (a por conducción! (b por convección libre! (c por convección "or#ada, y (d por radiación.

Este en/%en" !" p"de%"s experi%entar ci!%ente si p"ne%"s un p"c" de a!c"'"! en nuestras %an"s& Si %"$e%"s !as %an"s para aci!itar !a e$ap"raci/n de! a!c"'"!, sentire%"s una sensaci/n de rescura& Est" se de(e a )ue e! a!c"'"!, para pasar de estad" !.)uid" a $ap"r: re)uiere de ener#.a  !a t"%a de !"s a!reded"res& En este cas", !"s a!reded"res s"n (sica%ente nuestra pie!& A! perder esta ener#.a de nuestra pie!, !a te%peratura dis%inue %"%entnea%ente  senti%"s =r."=& La sensaci/n desaparece rpida%ente, pues nuestra te%peratura se e)ui!i(ra de nue$"& La transerencia de ca!"r entre una re#i/n  "tra de! siste%a " (ien entre e! siste%a  sus a!reded"res puede !!e$arse a ca(" p"r tres %edi"s dierentes< c"n$ecci/n, c"nducci/n  radiaci/n& C"nducci/n es !a transerencia de ca!"r de una parte de un cuerp" a "tra parte de! %is%" cuerp", " de un cuerp" a "tr" cuerp" c"n e! )ue est en c"ntact" .sic", sin )ue p"da%"s apreciar un desp!a?a%ient" de !as part.cu!as )ue "r%an est"s cuerp"s& Cuand" t"%a%"s una pe)uea $ari!!a %et!ica p"r un extre%"  ca!enta%"s e! "tr" extre%", p"r e9e%p!" %eti6nd"!" a! ue#", %u pr"nt" sentire%"s e! ca!"r en e! extre%" )ue esta%"s deteniend" c"n nuestra %an"& E! ca!"r se 'a trans%itid" p"r c"nducci/n a tra$6s de !a $ari!!a& A! i#ua! )ue sucede c"n !"s c"nduct"res e!6ctric"s, n" t"d"s !"s cuerp"s c"nducen e! ca!"r c"n !a %is%a aci!idad& Si repeti%"s !a experiencia de !a $ari!!a per" a'"ra uti!i?and" un cuc'i!!" c"n %an#" de %adera, este %ateria! i%pedir en #ran %edida e! pas" de! ca!"r 'acia nuestra %an"& C"n$ecci/n es !a transerencia de ca!"r de un punt" a "tr" punt" dentr" de un uid", #as " !.)uid", %ediante !a %e?c!a de re#i"nes r.as c"n re#i"nes ca!ientes& En !a c"n$ecci/n =natura!=, e! %"$i%ient" de! uid" se de(e exc!usi$a%ente a !as dierencias !"ca!es de densidad "casi"nadas p"r !as dierencias en te%peraturas en UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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!as distintas re#i"nes de! siste%a& En !a c"n$ecci/n ="r?ada= se uti!i?an %edi"s %ecnic"s para a$"recer e! %e?c!ad", p"r e9e%p!", cuand" ca!enta%"s nuestr"s a!i%ent"s es %u c"%;n )ue uti!i ce%"s un cuc'ar/n para a#itar e! uid"  "(tener un ca!enta%ient" %s uni"r%e& Radiaci/n es !a transerencia de ca!"r de un cuerp" 'acia "tr" )ue n" se 'a!!a en c"ntact" c"n a)u6!, %ediante "ndas )ue $ia9an a tra$6s de! espaci"& E! e9e%p!" de trans%isi/n de ca!"r p"r radiaci/n %s c"n"cid" p"r n"s"tr"s es e! de! ca!"r )ue reci(i%"s desde e! S"!&

Ecuci!" #e$ mo#e$o #e %& i#e$' De !as c"nsideraci"nes anteri"res p"de%"s intuir )ue de(e existir una re!aci/n entre e! $"!u%en *V+, !a presi/n *>+  !a te%peratura *B+ de un cuerp"& >ara e! cas" %s si%p!e, )ue es e! de un #as, !a ecuaci/n %s senci!!a )ue c"n"ce%"s es !a ecuaci/n de! #as idea!<

(V ) "RT D"nde n representa e! n;%er" de %"!es )ue tene%"s en e! siste%a *%"!es J pes" en #ra%"sKpes" %"!ecu!ar+  R es un nu%er" c"n"cid" c"%" !a c"nstante de !"s #ases& La c"nstante, R, de !"s #ases se uti!i?a en !a res"!uci/n de %uc'"s pr"(!e%as 4sic")u.%ic"s  p"r esta ra?/n sue!e enc"ntrarse en !"s !i(r"s de text" expresada en dierentes unidades& L"s $a!"res de R %s uti!i?ad"s s"n< *+,1-5J . / mo$ *+,1-5 (&c$ m, . / mo$ 0+0*20 $iro&3m!&4er . / mo$ 1+*62 c$or7& . / mo$ Esta ecuaci/n pr"$iene de una idea!i?aci/n en !a )ue c"nsidera%"s, entre "tras c"sas, )ue !as %"!6cu!as n" interact;an& Si c"%para%"s !"s resu!tad"s "(tenid"s c"n esta ecuaci/n c"n !"s "(tenid"s p"r experi%entaci/n en e! !a("rat"ri", enc"ntrare%"s )ue !a ecuaci/n n"s da resu!tad"s %s c"n4a(!es cuand" !as c"ndici"nes de! #as =rea!= s"n de presi"nes (a9as  te%peraturas a!tas, a )ue dic'as c"ndici"nes a$"recen )ue !as %"!6cu!as n" interact;en& Es c"%;n )ue 'a(!e%"s de #ases =idea!es=  #ases =rea!es=, c"nsiderand" )ue !"s pri%er"s s"n a)ue!!"s #ases cu" c"%p"rta%ient" es (ien descrit" p"r !a ecuaci/n >VJ nRB& Es c!ar" )ue t"d"s !"s #ases )ue c"n"ce%"s s"n rea!es  )ue resu!ta %s c"rrect" 'a(!ar de #ases )ue se c"%p"rtan de acuerd" c"n e! %"de!" idea!  #ases cu" c"%p"rta%ient" n" es descrit" adecuada%ente p"r e! %"de!" de #as idea!& >"r !" anteri"r: es %s c"rrect" decir =ecuaci/n de! %"de!" de #as idea!= )ue ecuaci/n de! #as idea!&

E"er%7 i"er"' UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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La ener#.a interna es una unci/n de estad"& N" puede c"n"cerse su $a!"r a(s"!ut", sin" s/!" !a $ariaci/n )ue experi%enta entre e! estad" inicia!  e! 4na! de! siste%a& Ap!icaci/n a !as reacci"nes )u.%icas& Las ap!icaci"nes unda%enta!es s"n< Branserencia de ca!"r a $"!u%en c"nstante< ∆ E ) 8 3 9 ) 8 3 ( ∆ V ) 8v

Branserencia de ca!"r a presi/n c"nstante< ∆ E ) 8 3 9 ) 8: ; ( ∆ V

E"$:7 <=>' En !as reacci"nes )u.%icas )ue transcurren a presi/n c"nstante, se esta(!ece )ue< 8: ) =2 3 =1 )

∆ =

D"nde  es !a %a#nitud ener#6tica den"%inada enta!p.a& La enta!p.a es una unci/n de estad"& N" puede c"n"cerse su $a!"r a(s"!ut", sin" s"!" !a dierencia entre e! estad" inicia!  4na!&

E"ro:7 ' La entr"p.a descri(e !" irre$ersi(!e de !"s siste%as ter%"din%ic"s& En ter%"din%ica, !a entr"p.a *si%("!i?ada c"%" S+ es !a %a#nitud .sica )ue %ide !a parte de !a ener#.a )ue n" puede uti!i?arse para pr"ducir tra(a9"& Es un a unci/n de estad" de carcter extensi$"  su $a!"r, en u n siste%a ais!ad", crece en e! transcurs" de un pr"ces" )ue se d6 de "r%a natura! Esta idea de des"rden ter%"din%ic" ue p!as%ada %ediante una unci/n ideada p"r Rud"! C!ausius a partir de un pr"ces" c.c!ic" re$ersi(!e& En t"d" pr"ces" re$ersi(!e !a inte#ra! cur$i!.nea de

δQ T

s/!" depende de !"s estad"s inicia!  4na!,

c"n independencia de! ca%in" se#uid" *M es !a cantidad de ca!"r a(s"r(ida en e! pr"ces" en cuesti/n  B es !a te%peratura a(s"!uta+& >"r tant" 'a de existir una *x+ de! estad" de! siste%a, SJ*>,V,B+, den"%inada entr"p.a, cua $ariaci/n en un pr"ces" re$ersi(!e entre !"s estad"s 1  2 es<


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B6n#ase en cuenta )ue c"%" e! ca!"r n" es una unci/n de estad" se usa M en !u#ar de d& La entr"p.a .sica, en su "r%a c!sica, est de4nida p"r !a ecuaci/n

" %s si%p!e%ente, cuand" n" se pr"duce $ariaci/n de te%peratura *pr"ces" is"t6r%ic"+<

d"nde S es !a entr"p.a, !a cantidad de ca!"r interca%(iad" entre e! siste%a  e! ent"rn"  B !a te%peratura a(s"!uta en e!$in+& L"s n;%er"s 1  2 se re4eren a !"s estad"s inicia!es  4na!es de un siste%a ter%"din%ic"& E! si#ni4cad" de esta ecuaci/n es e! si#uiente< Cuand" un siste%a ter%"din%ic" pasa, en un pr"ces" re$ersi(!e e is"t6r%ic", de! estad" 1 a! estad" 2, e! ca%(i" en su entr"p.a es i#ua! a !a cantidad de ca!"r interca%(iad" entre e! siste%a  e! %edi" di$idid" p"r sute%peratura a(s"!uta& De acuerd" c"n !a ecuaci/n, si e! ca!"r se trans4ere a! siste%a, ta%(i6n !" 'ar e! #rad" de entr"p.a& Si !a te%peratura au%enta, !a entr"p.a dis%inue& H $ice$ersa& Las unidades de !a entr"p.a, en e! Siste%a Internaci"na!, s"n e! 7KP *" C!ausius+ de4nid" c"%" !a $ariaci/n de entr"p.a )ue experi%enta un siste%a cuand" a(s"r(e e! ca!"r de 1 7u!i" *unidad+ a !a te%peratura de 1Pe!$in&

E&#o #e E?ui$ibrio Den"%ina%"s e&#o #e e?ui$ibrio de un siste%a cuand" !as $aria(!es %acr"sc/picas presi/n p, $"!u%en $,  te%peratura T, n" ca%(ian& E! estad" de e)ui!i(ri" es din%ic" en e! sentid" de )ue !"s c"nstituentes de! siste%a se %ue$en c"ntinua%ente& E! estad" de! siste%a se representa p"r un punt" en un dia#ra%a p-V& >"de%"s !!e$ar a! siste%a desde un estad" inicia! a "tr" 4na! a tra$6s de una sucesi/n de estad"s de e)ui!i(ri"&


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Se den"%ina ecuaci/n de estad" a !a re!aci/n )ue existe entre !as $aria(!es p, V,  B& La ecuaci/n de estad" %s senci!!a es !a de un #as idea! pVJnRB, d"nde n representa e! n;%er" de %"!es,  % !a c"nstante de !"s #ases %J0&082 at%Q!K*P %"!+J8&1 7K*P %"!+& Se den"%ina e"er%7 i"er" de! siste%a a !a su%a de !as ener#.as de t"das sus part.cu!as& En un #as idea! !as %"!6cu!as s"!a%ente tienen ener#.a cin6tica, !"s c'")ues entre !as %"!6cu!as se sup"nen perecta%ente e!stic"s, !a ener#.a interna s"!a%ente depende de !a te%peratura&

(rimer @e #e $ Termo#i"mic Esta !e se expresa c"%"< ∆ Eint =Q – W

Ca%(i" en !a ener#.a interna en e! siste%a J Ca!"r a#re#ad" *+ - Bra(a9" eectuad" p"r e! siste%a *+ N"tar )ue e! si#n" %en"s en e! !ad" derec'" de !a ecuaci/n se de(e 9usta%ente a )ue  se de4ne c"%" e! tra(a9" eectuad" p"r e! siste%a& >ara entender esta !e, es ;ti! i%a#inar un #as encerrad" en un ci!indr", una de cuas tapas es un 6%("!" %/$i!  )ue %ediante un %ec'er" p"de%"s a#re#ar!e ca!"r& E! ca%(i" en !a ener#.a interna de! #as estar dad" p"r !a dierencia entre e! ca!"r a#re#ad"  e! tra(a9" )ue e! #as 'ace a! !e$antar e! 6%("!" c"ntra !a presi/n at%"s6rica&


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E4eco #e$ rbo  #e$ c$or e" $& co"#icio"e& i"er"& #e u" &i&em Cuand" un siste%a, cu" %edi" exteri"r se encuentra a distinta te%peratura )ue 6!  s"(re e! cua! puede rea!i?arse un tra(a9" %ecnic", experi%enta un pr"ces", se den"%ina ca!"r a !a ener#.a interca%(iada p"r %edi"s n" %ecnic"s,  )ue es nu%6rica%ente i#ua! a !a dierencia entre !a $ariaci/n de ener#.a interna  e! tra(a9" rea!i?ad"& Desi#nand" p"r T esta dierencia, se tiene<  J U W & " !" )ue es i#ua!< U J  X & D"nde 'e%"s ad"ptad" c"%" criteri" )ue e! ca!"r es p"siti$" cuand" !a ener#.a ue 'acia e! siste%a  ne#ati$" cuand" ue desde e! siste%a 'acia e! %edi"& Si e! siste%a experi%enta una trans"r%aci/n c.c!ica, e! ca%(i" en !a ener#.a interna es cer", a )ue se parte de! estad" A  se re#resa a! %is%" estad", Y &'. Sin e%(ar#", durante e! cic!" e! siste%a 'a eectuad" un tra(a9", )ue 'a de ser pr"p"rci"nad" p"r !"s a!reded"res en "r%a de transerencia de ca!"r, para preser$ar e! principi" de c"nser$aci/n de !a ener#.a, J&

•

Si !a trans"r%aci/n n" es c.c!ica YUJ 0 Si n" se rea!i?a tra(a9" %ecnic" YUJ Si e! siste%a est ais!ad" t6r%ica%ente YUJ- Si e! siste%a rea!i?a tra(a9", U dis%inue Si se rea!i?a tra(a9" s"(re e! siste%a, U au%enta Si e! siste%a a(s"r(e ca!"r a! p"ner!" en c"ntact" t6r%ic" c"n un "c" a te%peratura superi"r, U au%enta& Si e! siste%a cede ca!"r a! p"ner!" en c"ntact" t6r%ic" c"n un "c" a una te%peratura ineri"r, U dis%inue&


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A! i#ua! )ue sucede c"n e! tra(a9", n" se puede 'a(!ar de cantidad de ca!"r, pues esta %a#nitud representa !a cantidad de ener#.a transerida p"r %edi"s n" %ecnic"s,  n" un tip" espec.4c" de ener#.a& Ade%s, %ientras )ue e! tra(a9" rea!i?ad" puede ser uti!i?ad" directa%ente para $ariar cua!)uier "r%a de ener#.a, n" sucede !" %is%" c"n e! ca!"r, )ue de(e ser pre$ia%ente trans"r%ad" en tra(a9" para p"der uti!i?ar!"&

Tr"&4ormcio"e&

La ener#.a interna U de! siste%a depende ;nica%ente de! estad" de! siste%a, en un #as idea! depende s"!a%ente de su te%peratura& Zientras )ue !a transerencia de ca!"r " e! tra(a9" %ecnic" dependen de! tip" de trans"r%aci/n " ca%in" se#uid" para ir de! estad" inicia! a! 4na!&

I&!cor o  vo$ume" co"&"e N" 'a $ariaci/n de $"!u%en de! #as, !ue#" J0

JncV*B-BA+ D"nde cV es e! ca!"r espec.4c" a $"!u%en c"nstante

I&!br o  :re&i!" co"&"e Jp*$-$A+

Jnc>*B-BA+

D"nde c> es e! ca!"r espec.4c" a presi/n c"nstante

I&oerm o  em:erur co"&"e UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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>$ J nRB

La cur$a pJcteK$ )ue representa !a trans"r%aci/n en un dia#ra%a p-Ves una 'ip6r("!a cuas as.nt"tas s"n !"s e9es c""rdenad"s&

YUJ0 J

Se%u"# $e #e $ ermo#i"mic En Ber%"din%ica se rec"n"ce a una 1[ Le de !a Ber%"din%ica, c"n"cida c"%" =Le de c"nser$aci/n de !an"ener#.a=  !"s )ue%;!tip!es esta(!ececa%(i"s )ue 'a)ue cierta %a#nitud !!a%ada =ener#.a=, !a cua! $ar.a c"n "curren en !a natura!e?a& H se rec"n"ce ade%s a una 2[ Le de !a Ber%"din%ica, !a cua! esta(!ece, p"r su parte, )ue existe "tra %a#nitud !!a%ada =entr"p.a=, )ue per%anece c"nstante en a!#unas trans"r%aci"nes  )ue au%enta en "tras, sin dis%inuir 9a%s& A)ue!!as tras"r%aci"nes en !as cua!es !a entr"p.a au%enta, se den"%inan =pr"ces"s irre$ersi(!es=& La 2[ Le de !a Ber%"din%ica se ap!ica s"!a%ente a siste%as ais!ad"s, es decir, a siste%as en !"s cua!es !as trans"r%aci"nes i%p!icadas )uedan t"das inc!uidas en e!!"s& En siste%as a(iert"s, en ca%(i", !a ener#.a puede pasar de un siste%a a "tr"  ent"nces %ientras un" !a pierde, e! "tr" !a #ana, per" e! (a!ance t"ta! es i#ua! a cer", !" %is%" ac"ntece c"n !a entr"p.a< si un siste%a #ana entr"p.a, su a!reded"r *)ue es "tr" siste%a+ !a pierde, per" e! (a!ance t"ta! es nu!"& Va!e decir, a! siste%a %s su a!reded"r se !e c"nsidera c"%" un siste%a ais!ad", as. se 'a c"nsiderad" a! uni$ers"& \ste es e! cas", sin e%(ar#", de !"s pr"ces"s re$ersi(!es, !"s cua!es s"n pr"ces"s idea!es *a )ue n" existen en !a natura!e?a+&

En !"s siste%as rea!es,  c"%" ta!es escenari"s de pr"ces"s irre$ersi(!es, e! (a!ance 4na! de entr"p.a es sie%pre p"siti$"& Ade%s, es %u i%p"rtante sea!ar )ue !a entr"p.a au%enta en un siste%a ais!ad" 'asta a!can?ar un UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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%xi%", )ue es su estad" de e)ui!i(ri" *p"r)ue esp"ntnea%ente per%anece en 6!+&

C!cu!" de $ariaci"nes de entr"p.a& >r"ces" is"t6r%ic"< C"%" !a te%peratura es c"nstante se saca uera de !a inte#ra!  )uedar.a< S2 3 S1 )? . T

>r"ces" n" is"t6r%ic"< En %uc'"s pr"ces"s, !a a(s"rci/n re$ersi(!e de ca!"r est ac"%paada p"r un ca%(i" de te%peratura, es este cas" expresa%"s e! ca!"r en unci/n de !a te%peratura inte#ra%"s  "(tendre%"s<

]En un pr"ces" a $"!u%en c"nstante< d) J C$ dB Ent"nces< S2 - S1 J C$ !n B2KB1

]En un pr"ces" a presi/n c"nstante< d) J Cp dB Ent"nces< S2 - S1 J cp !n B2KB1


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>r"ces" adia(tic"< En un pr"ces" adia(tic" c"%" n" existe transerencia de ca!"r !a $ariaci/n de entr"p.as es cer"&

Tercer $e #e $ ermo#i"mic' La Bercera de !as !ees de !a ter%"din%ica, pr"puest" p"r a!t'er Nernst, a4r%a )ue es i%p"si(!e a!can?ar una te%peratura i#ua! a! cer" a(s"!ut" %ediante un n;%er" 4nit" de pr"ces"s .sic"s& >uede "r%u!arse ta%(i6n c"%" )ue a %edida )ue un siste%a dad" se apr"xi%a a! cer" a(s"!ut", su entr"p.a tiende a un $a!"r c"nstante espec.4c"& La entr"p.a de !"s s/!id"s crista!in"s pur"s puede c"nsiderarse cer" (a9" te%peraturas i#ua!es a! cer" a(s"!ut"& N" es una n"ci/n exi#ida p"r !a Ber%"din%ica c!sica, as. )ue es pr"(a(!e%ente inapr"piad" tratar!" de T!e& Es i%p"rtante rec"rdar )ue !"s principi"s " !ees de !a Ber%"din%ica s"n s/!" #enera!i?aci"nes estad.sticas, $!idas sie%pre para !"s siste%as %acr"sc/pic"s, per" inap!ica(!es a ni$e! cuntic"& La se#unda !e est !i#ada a una $aria(!e ter%"din%ica den"%inada entr"p.a *s+,  puede expresarse cuantitati$a%ente en t6r%in"s de esta $aria(!e& En e! an!isis de %uc'as reacci"nes )u.%icas es necesari" 49ar un estad" de reerencia para !a entr"p.a& Este sie%pre puede esc"#erse a!#;n ni$e! ar(itrari" de reerencia cuand" s"!" se in$"!ucra un c"%p"nente: para !as ta(!as de $ap"r c"n$enci"na!es se 'a esc"#id" 2 ^ @& S"(re !a (ase de !as "(ser$aci"nes 'ec'as p"r Nernst  p"r "tr"s, >!anc esta(!eci/ !a tercera !e de !a ter%"din%ica en 1312, as.< !a entr"p.a de t"d"s !"s s/!id"s crista!in"s perect"s es cer" a !a te%peratura de cer" a(s"!ut"+ Un crista! =perect"= es a)ue! )ue est en e)ui!i(ri" ter%"din%ic"& En c"nsecuencia, c"%;n%ente se esta(!ece !a tercera !e en "r%a %s #enera!, c"%"< La entr"p.a de cua!)uier sustancia pura en e)ui!i(ri" ter%"din%ic" tiende a cer" a %edida )ue !a te%peratura tiende a cer"& La i%p"rtancia de !a tercera !e es e$idente& Su%inistra una (ase para e! c!cu!" de !as entr"p.as a(s"!utas de !as sustancias, !as cua!es pueden uti!i?arse en !as ecuaci"nes apr"piadas para deter%inar !a direcci/n de !as reacci"nes )u.%icas& a $ari"s cas"s reerid"s en !a !iteratura en d"nde !"s c!cu!"s (asad"s en !a tercera !e n" estn desacuerd" c"n !"s experi%ent"s& Sin e%(ar#", en t"d"s !"s cas"s es p"si(!e exp!icar e! desacuerd" s"(re !a (ase de )ue !a sustancia n" es =pura=, est" es, pueda 'a(er d"s " %s is/t"p"s " presentarse %"!6cu!as dierentes ", ta%(i6n, una distri(uci/n de n" e)ui!i(ri" de !as %"!6cu!as& En ta!es cas"s 'a %s de un estad" cuntic" en e! cer" a(s"!ut"  !a entr"p.a n" tiende a cer"& UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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(ROCEDIMIENTO E(ERIMENTA@ E23ERIMENTO N4 5 (ROCESO ISOTRMICOG ; @e #e Bo$e MATERIA@ES' • • • • • • • •

Bu(" neu%"%6tric" C"nect"r de #"%a A%p"!!a Bu(" de #"%a Re#!a de %edici/n *c%+& S"p"rte uni$ersa!& Sustancia< a#ua Li#a&

(ROCEDIMIENTO' Una $e? %"ntad" e! e)uip", se de9an un"s %i!.%etr"s de aire*"pci"na!+ en e! tu(" neu%"%6tric"  se cierra c"n una pin?a e! c"nect"r de #"%a& Lue#" se su(e  (a9a !a a%p"!!a de ni$e! para expu!sar !as (ur(u9as de aire )ue pueden enc"ntrarse en e! tu(" de #"%a& Es %u i%p"rtante )ue n" 'aa escapes de aire en e! e)uip"& >ara ase#urase de )ue t"das !as uni"nes est6n (ien cerradas se 'ace descender !a a%p"!!a e De ni$e!  sea!#;n "(ser$a si !" e! %s ni$e!pr"(a(!e en e! tu(" neu%"%6tric" per%anece c"nstante& 'a(er escape es )ue ten#a )ue ree%p!a?arse e! e%pa!%e de #"%a& Se c"!"ca !a a%p"!!a de ni$e! a una a!tura c"n$eniente para )ue e! a#ua )ue c"ntiene enrase c"n e! a#ua de! tu("*c"n un err"r %en"r de 0&1%!+& Le$ante !a a%p"!!a 'asta )ue !a dierencia de ni$e!es sea de 10, 20, 0, 0, 50  0 c%& *est" es reerencia!+& Respecti$a%ente, re#istre e! $"!u%en en cada cas"& Re#istre !a te%peratura de! a#ua  !a presi/n at%"s6rica& OBSERVACIONES'

•

En !a parte de cerrar e! c"nect"r de #"%a c"n una pin?a se puede uti!i?ar cua!)uier instru%ent" )ue n" de9e )ue entre ni sa!#a aire de nuestr" siste%a n"s"tr"s uti!i?a%"s una )*+A& Las (ur(u9as dentr" de! tu(" de #"%a se tienen )ue ser expu!sadas una %anerae!%as rpida: se c"nsi#ue presi"nand" c"ntinua%ente e! tu(" 'asta !"#rar ascens" e dic'as (ur(u9as&


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DATOS' En e! !a("rat"ri" se t"%ar"n !"s si#uientes dat"s<

∆H(m) 0 0,1 0,2 0, 0, 0,5 -0,1 -0,2 -0, -0, UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

V 28, 28,2 28,15 28,1 28,05 2,3 28,22 28,13 28,5 28,

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V"!u%en %uert" J 10&2 %!

E23ERIMENTO N4  (ROCESO ISOCOROG ; @e #e H @u&&c MATERIA@ES' Bu(" neu%"%6tric" Bu(" capi!ar Ber%/%etr" A%p"!!a Bu(" de #"%a S"p"rte uni$ersa! Zec'er" de (unsen Br.p"de, re#i!!a& Bap"nes de 9e(e& Vas" precipitad"& Encended"r, sustancia< #as de pr"pan", a#ua (ROCEDIMIENTO' C"n e! (a!/n c"%p!eta%ente sec", ar%e e! e)uip"& Antes de a9ustar e! tap/n de !a a%p"!!a de ni$e!, $ierta a#ua a esta, asta el cuello de la ampolla de nivel  a9ustar (ien !"s tap"nes& En nin#;n %"%ent"s !"s tap"nes de! tu(" capi!ar de(en estar en c"ntact" c"n e! a#ua !i)uida& Lue#" $ierta a#ua r.a de! #ri" en e! $as", pr"curand" )ue e! (a!/n )uede su%er#id" 'asta !a a!tura de! tap/n, a#ite e! a#ua de! $as", 'asta )ue !a te%peratura de! #as dentr" de! (a!/n, per%ane?ca c"nstante& A9uste !"s ni$e!es de a#ua de! tu(" neu%"%etric" c"n e! de !a a%p"!!a de ni$e! a(riend"  cerrand" !a pin?a de! e%pa!%e de #"%a %anteniend" !a p"sici/n $ertica! de !a pin?a en e! e%pa!%e de #"%a, 'asta )ue a%("s ni$e!es sean i#ua!es& Re#istre !a !ectura de! $"!u%en de #as en e! tu(" neu%"%etric", #as A c"n un err"r %en"r de 0&1%!, !a te%peratura de! #as dentr" de! (a!/n  !a presi/n (ar"%6trica& C"!")ue $ertica!%ente !a p!anc'a de as(est" entre e! %ec'er"  !a a%p"!!a de ni$e!  encienda e! %ec'er"& A)u. es necesari" n"tar )ue, nuestr" #as en c"nsideraci/n, e! aire )ue esta enci%a de'acer !a super4cie de a#ua en !a a%p"!!a de ni$e!  ena'"ra e! )uees "cupa e! (a!/n& UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

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E! $"!u%en )ue "cupa dic'" #as )ue !" !!a%are%"s , !" %edire%"s a! 4na! de !a experiencia audnd"n"s c"n !a pr"(eta )ue disp"ne enrasada c"n a#ua, p"r !" )ue de(e%"s %arcar c"n !pi? e! extre%" ineri"r de !"s tap"nes& En e! tu(" capi!ar e! #as experi%enta un enria%ient"  se c"nsidera )ue e! aire c"ntenid" en e!, c"n e! de !a a%p"!!a de ni$e!& Re#.strese si%u!tnea%ente, e! $"!u%en de! #as A en e! tu("  !a te%peratura de! #as & Repita esta "peraci/n )ue e! a#ua de! $as" !!e#ue a su te%peratura de e(u!!ici/n& A! 4na! %ida e! $"!u%en %uert" de! tu(" neu%"%etric" *?"na n" #raduada+ desa9ustand" e! tap/n desa!"9ad" e! a#ua e in$irtiend" e! tu("& Enrase una pr"(eta c"n a#ua  %ida c"n e!!a e! $"!u%en de su tu(" neu%"%etric"& a#" !" %is%" para %edir e! $"!u%en de! #as , c"nsiderand" e! ter%/%etr" dentr" de e!& OBSERVACIONES' •

•

L"s tap"nes )ue se uti!i?an tiene )ue estar (ien ase#uradas pr"curand" )ue n" exista u#a de %asa de! siste%a c"n !"s a!reded"res& Una %anera prctica de! %edir e! $"!u%en %uert" !" 'ace%"s %ediante c"%paraci/n de unidades< uti!i?and" una re#!a de %edir  c"%parand"&


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DATOS' En e! !a("rat"ri" se t"%ar"n !"s si#uientes dat"s<

T (K) 05 0 0 08 03,5 15 1 2 28 0 B^ J 25 ^C


V 1, 1,8 2 2,1 2,2 2,25 2,1 2,15 2,2 2,

FISICO-QUÍMICA


CUESTIONARIO 3ROCESO ISOT6RMICO 1+ Vericr $ $e #e Bo$e :r $o cu$ &e% uiremo& $o& &i%uie" e& :&o&' + Co"ver&i!" #e $& :re&io"e& m"omric& #e co$um" #e %u  co$um" #e mercurio =% + So$+

Sa(e%"s )ue !a presi/n %an"%6trica es< Pm= ( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2

D"nde< 3 ρ H O =1000 Kg / m 2

g= 9.81 m / s

2

Se sa(e ta%(i6n )ue< 760 Torr= 101300 Pascal ( N / m ) 2

>r"cede%"s a rea!i?ar !as "peraci"nes respecti$as< (r ∆ h =0.10 m Pm= ( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2

Pm=( 1000 ) ( 9.81 ) ( 0.10 ) Pm= 981 P Pm=7 . 359921 torr

(r ∆ h =0.20 m P = ρ m

(

g ∆h H2O

)( ) (

)


FISICO-QUÍMICA


Pm=( 1000 ) ( 9.81 ) ( 0.20 ) Pm=1962 pascal Pm=14,719842 torr

•

(r ∆ h =0.30 m Pm =( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2

Pm=( 1000 ) ( 9.81 ) ( 0.30 ) Pm=2943 pascal Pm=22.07976 Torr

(r ∆ h =0.40 m Pm= ( ρ H

2

O

) ( g) (∆ h )

Pm=( 1000 ) ( 9.81 ) ( 0.40 ) Pm=3924 pascal Pm=29.43968 Torr

(r ∆ h =0.50 m Pm= ( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2

Pm=( 1000 ) ( 9.81 ) ( 0.50 ) Pm= 4905 pascal


FISICO-QUÍMICA


Pm=36.79961 Torr

(r ∆ h =−0.10 m Pm= ( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2

Pm=( 1000 ) ( 9.81 ) (−0.10 ) Pm=−981 pascal Pm=−7.359921 T orr

(r ∆ h =−0.20 m Pm= ( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2

Pm=( 1000 ) ( 9.81 ) (−0.20 ) Pm=−1962 pascal Pm=−14.71984 Torr


FISICO-QUÍMICA


(r ∆ h =−0.30 m Pm= ( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2


(r ∆ h =0.40 m Pm= ( ρ H O ) ( g ) ( ∆ h ) 2


Una $e? 'ec'" !as "peraci"nes, pr"cede%"s a "rdenar !"s dat"s en e! si#uiente cuadr"<

<

MANOMTRICA

(> 381 132 23 32 305 -381 -132 -23 -32


( &53321 1&138 22&03 23&38 &331 -&53321 -1&138 -22&038 -23&38

MANOMTRICA

FISICO-QUÍMICA



FISICO-QUÍMICA


b+ (re&io"e& b&o$u& Usa%"s< Pabsoluta= P atmosférica+ Pmanométrica

D"nde< Patmosférica= 752.1 Torr

A@TURA

&53321 1&138 22&03 23&38 &331 -&53321 -1&138 -22&038 -23&38

c+ (re&i!" #e$ %& &eco N" "!$ide%"s )ue< |¿|= P

gasHum

= Pgas sco + P!apor" H O 2

P¿

|¿|− P

!apor "H 2 O

Pgassco = P¿


53,53321 ,81380 ,130 81,5380 88,83310 ,003 ,8010 0,020200 22,020

FISICO-QUÍMICA


P!apor" H O=26.74 Torr # paraT =27 $ % 2

A@TURA

53,53321 ,81380 ,130 81,5380 88,83310 ,003 ,8010 0,020200 22,020

2,13321 0,0380 ,30 5,3380 2,15310 18,00003 10,010 0,280200 35,32020

#+ Vo$ume" #e$ %& &eco ) Vo$ume" #e$ %& KLme#o <

Vo$ume" Vo$ume" Muero 0&00 28, 28,2 28,15 28,1 28,05 2,3 28,22 28,13 28,5 28,


o$

10&2 10&2 10&2 10&2 10&2 10&2 10&2 10&2 10&2 10&2

8,5 8, 8,5 8, 8,25 8,1 8,2 8,3 8,55 8,5

FISICO-QUÍMICA


e+ Deermi"ci!" #e $o& v $ore& #e$ :r o#uco (V #e$ %& &eco  $& #e&vicio"e& :orce"u$e& re&:eco  $ me#i'

A$ur

<$>

0&05 0&02 0&03 0&05

0 2&133 0&038 &3

0 25&0530 25&088 25&032

0&0 0&00 0&02 0&08 0&051 0&05

5&33 2&153 3&5135 18&0001 10&02 0&2802

25&18 25&1512 25&08 2&38 2&35 2&831

La Zedia ser.a< 10

P' ∑ = i

& =

& =

i

i 1

10

225.3852 10

& =22.53852 Torr .l

Ca!cu!a%"s !a des$iaci/n p"rcentua!<

∆ ( Pi ' i )=

|Pi ' i− &| &

( 100


FISICO-QUÍMICA



FISICO-QUÍMICA


(V

Me

|Pi ' i− &| &

∆ ( P i ' i )=

|Pi ' i− &| &

0 25&0530

25&03

0&00108

0&1088

25&088

25&03

0&000180

0&018002

25&032 25&18

25&03 25&03

0&0021533 0&00138

0&2153305 0&1382

25&1512

25&03

0&0025520

0&2552003

25&08

25&03

0&0002823

0&0282323

2&38

25&03

0&0020

0&203

2&35

25&03

0&00538

0&5382

2&831

25&03

0&0082

0&82252

4+ Hrcr ( v& V '

+rá-ca Nro/5


( 100

FISICO-QUÍMICA


2+ NLmero #e mo$e& :r c# e:   #e&vic i!" e&"#r re&:eco  $ me#i So$+ Ap!icand" !a ecuaci/n de !"s #ases idea!es< n=

P' )T

D"nde T =300 K # ) =62.4

Torr . l mol.K

A$u 0&10 0&20 0&0 0&0 0&50 0&0 -0&10 -0&20 -0&0

(V 25&0530 25&088 25&032 25&18 25&1512 25&08 2&38 2&35 2&831

La %edia ser< nm" =0.0013378

Ca!cu!a%"s !a des$iaci/n estndar< ∆ ( n i )=

|ni− nm"| n m"

( 100


" 0&00182 0&001020 0&0015 0&0012 0&0015 0&001008 0&001 0&00125 0&0012332

FISICO-QUÍMICA



FISICO-QUÍMICA


C"n !" cua! rea!i?a%"s !a si#uiente ta(!a<

"

nm"

0&00182 0&001020 0&0015 0&0012 0&0015 0&001008 0&001 0&00125 0&0012332

0&00102 0&00102 0&00102 0&00102 0&00102 0&00102 0&00102 0&00102 0&00102

|ni −nm"|

|ni −nm"|

nm"

nm"

0&025 0&025853 0&0281 0&025 0&028288 0&02550 0&021 0&01332 0&013881

2&5 2&5853 2&81 2&5 2&8288 2&550 2&1 1&332 1&3881

,+ Trbo :r c# e:' So$+ Sa(e%"s )ue< W = n)T ln

'2 '1

D"nde !a c"nstante TR es i#ua! a< )= 8.314

* K . mol

De&#e h =0

K&

h =0.10

'

W = n)T ln

'2 '1

W = ( 0.00133862 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln

W =−0.029159 *


( 100

0.0342 0.0345

FISICO-QUÍMICA



FISICO-QUÍMICA


De&#e h =0.10

K&

h =0.20 W = n)T ln

'2 '1

W = ( 0.00134020 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln

0.0339 0.0342

W =−0.029451 *

De&#e h =0.20

K&

h = 0.30

'

W = n)T ln

'2 '1

W = ( 0.00133756 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln

0.0335 0.0339

W =−0.03959 8 *

De&#e h =0.30 W = n)T ln

K&

h = 0.40

'2 '1 0.0333

W = ( 0.00134267 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln 0.0335

W =−0.0200532 *

De&#e h =0.40

K&

h = 0.50

'

W = n)T ln

'2 '1

W = ( 0.00134356 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln

W =−0.0303269 *

De&#e h =0

K&

h =−0.10


'

0.033 0.0333

FISICO-QUÍMICA


W = n)T ln

'2 '1

W = ( 0.00133474 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln

0.0348 0.0345

W = 0.02882363 *

De&#e h =−0.10

K&

h =−0.20

' W = n)T ln W = ( 0.00133245 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln

'2 '1

0.0351 0.0348

W = 0.02852719 *


FISICO-QUÍMICA


De&#e h =−0.20 W = n)T ln

h =−0.30

K&

'

'2 '1

W = ( 0.00132992 ) ( 8.314 ) ( 300 ) ln

0.0354 0.0351

W = 0.02823069 *

-+3 C$or :r c# e:+ C!mo i"er:rer7 e$ "e%ivo e:erime"$ So$+ En un pr"ces" is"t6r%ic"  usand" !a 1ra Le de !a Ber%"din%ica, "(tene%"s )ue< Q=W

Lue#" 'ace%"s !a c"n$ersi/n de 9"u!es a ca!"r.as< 1 cal

= 4.186 *

A'"ra usa%"s ent"nces !a si#uiente expresi/n< Q= W

4.186

De&#e h =0

K&

h =0.10

' −0.029159 Q= 4.186

Q =−0.00696583 cal

h =0.10

De&#e

h = 0.20

K&


'

FISICO-QUÍMICA


Q=

−0.029451 4.186

Q=−0.00703559 cal

De&#e h =0.20 −0.039598 Q=

K&

h = 0.30

'

K&

h = 0.40

'

K&

h = 0.50

'

4.186

Q=−0.00945962 cal

De&#e h =0.30 −0.0200532 Q= 4.186

Q=−0.00479053 cal

De&#e h =0.40 −0.0303269 Q= 4.186

Q=−0.00724483 cal

De&#e h =0 Q=

K&

h =−0.10

'

0.02882363 4.186

Q=0.00688572 cal

De&#e h =−0.10

K&

h =−0.20

Q= 0.02852719 4.186


'

FISICO-QUÍMICA


Q=0.00681490 cal

De&#e h =−0.20 Q=

K&

h =−0.30

'

0.02823069 4.186

Q=0.00674407 cal

-+

∆H + ∆E

:r c# e:'

So$+ ∆ H = 0 + ∆ E =0

para pr"ces"s is"t6r%ic"s, a )ue TE  T s"n unci"nes de !a

te%peratura&


FISICO-QUÍMICA


5+ C$cu$o #e So$&

∆,

:r c# e:<

Sa(e%"s )ue< ∆ ,=

Q T

T =300 $ K

D"nde<

De&#e h =0 K& Q −0.00696583 ∆ ,= = T

h =0.10

'

300

−5

∆ , =−2.32194 ( 10

De&#e h =0.10 −0.00703559 ∆ ,=

K&

h = 0.20

'

K&

h = 0.30

'

K&

h = 0.40

'

300

∆ , =−2.34519 ( 10

−5

De&#e h =0.20 −0.00945962 ∆ ,= 300

∆ , =−3.15320 ( 10

−5

De&#e h =0.30 −0.00479053 ∆ ,= 300

−5

∆ , =−1.59684 ( 10


FISICO-QUÍMICA


De&#e h =0.40 −0.00724483 ∆ ,=

h = 0.50:

K&

300

−5

∆ , =−2.41494 ( 10

De&#e h =0

K&

h =−0.10

'

0.00688572 ∆ ,= 300

−5

∆ , =2.29524 ( 10

De&#e h =−0.10

K&

h =−0.20

'

K&

h =−0.30

'

0.00681490 ∆ ,= 300

−5

∆ , =2.27163 ( 10

De&#e h =−0.20 0.00674407 ∆ ,= 300

∆ , =2.24802 ( 10

−5

+ CP@CU@O DE So$+

∆-

W ∆ - =−T T =−W

( )


FISICO-QUÍMICA


De&#e h =0 ∆ - =0.029159

K&

h =0.10

'

De&#e h =0.10 ∆ - =0.029451

K&

h = 0.20

'

De&#e h =0.20 ∆ - =0.039598

K&

h = 0.30

'

De&#e h =0.30 ∆ - =0.0200532

K&

h = 0.40

'

De&#e h =0.40 ∆ - =0.0303269

K&

h = 0.50

'

De&#e h =0 ∆ - =−0.02882363

K&

h =−0.10

'

De&#e h =−0.10 ∆ - =−0.02852719

K&

h =−0.20

'

De&#e h =−0.20 ∆ - =−0.02823069

K&

h =−0.30

'

6+ CP@CU@O DE So$+

∆

'

Q ∆ =−T T =−Q

( )


FISICO-QUÍMICA


De&#e h =0 ∆  = 0.00696583

K&

h =0.10

'

De&#e h =0.10 ∆  = 0.00703559

K&

h = 0.20

'

De&#e h =0.20

K&

h = 0.30

'

De&#e h =0.30 ∆  = 0.00479053

K&

h = 0.40

'

De&#e h =0.40 ∆  = 0.00724483

K&

h = 0.50

'

∆  = 0.00945962

De&#e h =0

K&

h =−0.10

' ∆  =−0.00688572

De&#e h =−0.10

K&

h =−0.20

' ∆  =−0.00681490

De&#e h =−0.10

K&

h =−0.20

' ∆  =−0.00674407


FISICO-QUÍMICA


3ROCESO ISOCÓRICO Ordena%"s !"s dat"s "(tenid"s en e! !a("rat"ri"< ' m"i"o( ml )

' murto( ml )

' total( ml )

T ($ K )

25&0

3&5

&80

00

25&15

3&5

&5

3

25&10

3&5

&0

52

25&05

3&5

&55

58

25&00

3&5

&50

0

2&35

3&5

&5



2 NLmero #e mo$e& :r c# e:  #e&vici!" e&"#r re&:eco  $ me#i+ So$+ n=

P' )T

D"nde < Torr .l P=752.1 Torr # )=62.4 mol.K

' total ( ml )

T($ K)

0&080 0&05

00 3

0&001381 0&001135

0&00

52

0&00118

0&055

58

0&001120

0&050

0

0&0011550

0&05



0&00118


N $ /E &O0E,

( n)

FISICO-QUÍMICA



FISICO-QUÍMICA


E! n;%er" de %"!es, en pr"%edi", es< np =

∑n

i

6

n p =0.00120694

a!!and" !a des$iaci/n estndar<

NQDEMO@ES

me#i

K#K



0&001135

0&001203

0&00852183

0&852183

0&00118

0&001203

0&0183050

1&83038

0&001120

0&001203

0&023

&2312

0&0011550

0&001203

0&023802

&238013

0&00118

0&001203

0&0522282

5&222813

&- Trbo e" Jou$e& :r c# e:' So$+ E! tra(a9" se 'a!!a c"n !a "r%u!a< W = P ∆'

D"nde< uni"a"s " P : atm. 760 Torr= 1 atm

' n < .


FISICO-QUÍMICA


Ordenand" dat"s, e! tra(a9" es<

I"erv$o

9

00a3P 3a52P

0&0001817 0&00003807

52a58P

0&00003807

58a0P

0&00003807

0aP

0&00003807

L"s $a!"res de! tra(a9" para cada etapa s"n apr"xi%ada%ente cer", est" c"%prue(a )ue !"s #ases tra(a9ad"s s"n Tn" idea!es, a )ue para #ases idea!es e! T es cer"& , C$or :r c# e:' So$+ a!!a%"s e! ca!"r< Q=n % ! ∆ T

D"nde< % ! = 4.9 cal mol .$ K

De&#e T =300 $ K  Q =( 0.00119665 ) ( 4.9 ) ( 349− 300)

T =349 $ K

'

T =352 $ K

'

Q=0.28731567 cal

De&#e T =349 $ K  Q=( 0.00118474 ) ( 4.9 ) ( 352 −349)


FISICO-QUÍMICA


Q=0.01741568 cal


FISICO-QUÍMICA


De&#e T =35 2 $ K  Q =( 0.0011632 ) ( 4.9 ) ( 358−352 )

T =358 $ K

'

T =360 $ K

'

T =363 $ K

'

Q=0.03419808 cal

De&#e T =358 $ K  Q=( 0.00115507 ) ( 4.9 ) ( 360 − 358 ) Q =0.01131969 cal

De&#e T =360 $ K  Q =( 0.00114386 ) ( 4.9 ) ( 363 − 360 ) Q=0.01681474 cal

-

∆ E + ∆H

:r c# e:'

So$+ a!!a%"s ∆ E < ∆ E =Q −W

De&#e T =300 $ K  ∆ E =0.28731567 − 0.000148441

T =349 $ K

'

T =352 $ K

'

T =358 $ K

'

∆ E =0.287167224 cal

De&#e T =349 $ K  ∆ E =0.017415678−0.00004948 ∆ E =0.017366198 cal

De&#e T =352 $ K




FISICO-QUÍMICA


∆ E =0.0341198080− 0.00004948

∆ E =0.034148600 cal

De&#e T =358 $ K  ∆ E =0.011319686−0.00004948

T =360 $ K

∆ E =0.011270206 cal


'

FISICO-QUÍMICA


De&#e T =360 $ K  ∆ E =0.0168414742− 0.00004948

T =363 $ K

'

∆ E =0.016765262 cal

>ara p"der ca!cu!ar !a enta!p.a 'are%"s us" de< ∆ H = ∆ E + W =Q

De&#e T =300 $ K  T =349 $ K ' ∆ H = 0.287167224 + 0.000148441 ∆ H = 0.287315665 cal

De&#e T =349 $ K  T =352 $ K ' ∆ H = 0.017366198+ 0.000049480 ∆ H = 0.017415678 cal

De&#e T =352 $ K  T =358 $ K ' ∆ H = 0.034148600+ 0.000049480 ∆ H = 0.034198080 cal

De&#e T =358 $ K  T =360 $ K ' ∆ H = 0.011270206+ 0.000049480 ∆ H = 0.011319686 cal

De&#e

T =360 $ K



T =363 $ K

'


FISICO-QUÍMICA


∆ H = 0.016765262+ 0.000049480

∆ H = 0.016814742 cal


FISICO-QUÍMICA


5 C$cu$o #e

∆,

:r c# e:+ A&um ?ue

co"#icio"e& i"ici$e& e& cero+ De acuerd" a !a de4nici/n de entr"p.a, tene%"s<

∫

∆ , =∆ , $ +

∫

∆ , =0 +

∆ , =% ! ln

( ) %! T

( ) %! T

T2 T1

"T

"T

% !=

4.9 cal mol.$K

(r' T =349 $ K ∆ ,349 $ K =4.9 ln

349 300

∆ ,349 $ K =0.74131829

(r' T =352 $ K ∆ ,352 $ K =4.9 ln

352 300

∆ ,352 $ K =0.78325863

(r' T =358 $ K ∆ ,358 $ K =4.9 ln

358 300

∆ ,358 $ K =0.86607751


∆,

e" &u&

FISICO-QUÍMICA


(r' T =360 $ K ∆ ,360 $ K =4.9 ln

360 300

∆ ,360 $ K =0.89337563

T =363 $ K (r' 363 ∆ ,363 $ K =4.9 ln 300

∆ ,363 $ K =0.93403976

6+3 Hr?ue $o& i"creme"o& #e S e" e$ ee   $& em:erur& corre&:o"#ie"e& e" e$ ee  e"umere &u& :u"o&  :rir #e &u& co"#icio"e& i"ici$e&+ C!mo vr7 ume" ( So$+


∆,

cu"#o ume" T  c!mo

FISICO-QUÍMICA


5 0 55

Tem: erur 50 5 0 0&

0&5

0&8

0&85

Vrici!" #e e"ro:7<S>

+ra-ca Nro/ 


0&3

0&35

FISICO-QUÍMICA


CONC@USIONES En !a experiencia !!e#a%"s a !a c"nc!usi/n de )ue e! $"!u%en de! a#ua ten.a )ue au%entar, a )ue a %edida )ue se ca!enta(a e! a#ua en !a a%p"!!a de ni$e! se "r%a(a cada $e? %s $ap"r de a#ua  este desp!a?a(a a! a#ua !.)uida )ue se enc"ntra(a en !a %an#uera  p"r ende e! ni$e! de! a#ua !.)uida )ue ac.a en e! tu(" neu%"%6tric" su(.a en p"cas pa!a(ras e! $"!u%en de! a#ua au%enta(a  est" !" pudi%"s c"%pr"(ar a %edida )ue "(ten.a%"s !"s dat"s de !"s $"!;%enes& De! #r4c" n $ 1 se !!e#a a !a c"nc!usi/n )ue tant" !a presi/n c"%" e! $"!u%en dependen in$ersa%ente& En e! #r4c" n $ 1 !"s punt"s n" "r%an una recta c"n exactitud p"r ende se c"nc!ue )ue 'u(" una %.ni%a u#a de $ap"r en e! tu(" neu%"%6tric"& >"r %edi" de! #r4c" n $ 2 c"nc!ui%"s )ue a %edida )ue au%enta !a te%peratura ta%(i6n au%enta !a entr"p.a&  L"s #ases e9ercen presi/n p"r )ue sus %"!6cu!as se %ue$en !i(re%ente  c'"can c"n cua!)uier super4cie c"n !a )ue 'acen c"ntact"& Las unidades de

presi/n de !"s #ases inc!uen %i!.%etr"s de %ercuri" *%%#+, t"rr, pasca!es  at%/seras& Una at%"_era es i#ua! a 0 %%#, " 0 t"rr&  Las re!aci"nes de presi/n-$"!u%en de !"s #ases idea!es estn #"(ernadas p"r !a Le de "!e< e! $"!u%en es in%ensa%ente pr"p"rci"na! a !a presi/n *a t  n c"nstantes+&  Las re!aci"nes de te%peratura-$"!u%en de !"s #ases se descri(en p"r !a !e de C'ar!es  Ga-Lussac< e! $"!u%en es directa%ente pr"p"rci"na! a !a te%peratura *a >  n c"nstantes+&  E! cer" a(s"!ut" *-2&15^C+ es !a %en"r te%peratura te/rica%ente "(teni(!e& La esca!a de te%peratura Pe!$in t"%a c"%" O^P e! cer" a(s"!ut"& En t"d"s !"s c!cu!"s de !as !ees de !"s #ases, !a te%peratura se de(e expresar en Pe!$in& Las re!aci"nes de cantidad-$"!u%en de !"s #ases idea!es s"n se descri(en p"r UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2015-II

FISICO-QUÍMICA


!a !e de A$"#adr"< $"!;%enes i#ua!es de #ases c"ntienen i#ua! n;%er" de %"!6cu!as *a !a %is%a B  >+&

 La ecuaci/n de! #as idea!, >VJnRB, c"%(ina !as !ees de "!e, C'ar!es 

A$"#adr"& Esta ecuaci/n descri(e e! c"%p"rta%ient" de! #as idea!& La !e de Da!t"n de !as presi"nes parcia!es esta(!ece )ue, en una %e?c!a de #ases, cada #as e9erce !a %is%a presi/n )ue e9ercer.a si estu$iera s"!"  "cupa e! %is%" $"!u%en&  La te"r.a cin6tica %"!ecu!ar, una "r%a %ate%tica de descri(ir e! c"%p"rta%ient" de !as %"!6cu!as de !"s #ases, se (asa en !as si#uientes sup"sici"nes: !as %"!6cu!as de !"s #ases estn separadas p"r distancias %s #randes )ue !as de sus pr"pias di%ensi"nes, p"seen %asa per" su $"!u%en es desprecia(!e, estn en c"ntinu" %"$i%ient"  c"n recuencia c'"can entre s.& Las %"!6cu!as n" se atraen ni se repe!en entre s.&  La diusi/n de !"s #ases de%uestra e! %"$i%ient" %"!ecu!ar a!eat"ri"&  Gracias a estas !ees p"de%"s !!e#ar a "(tener !a !e de !"s #ases idea!es  p"de%"s ca!cu!ar e! estad" de cua!)uier #as aun)ue c"n (a9as te%peraturas  a!tas presi"nes aun)ue 'u(iera pe)ue"s err"res&


FISICO-QUÍMICA


RECOMENDACIONES  a )ue tener %uc'" cuidad" c"n !"s %ateria!es de! !a("rat"ri" p"r)ue s"n

%u r#i!es  e! c"st" de est"s es %u a!t"&  Bener !a %a"r precisi/n a! ca!cu!ar e! $"!u%en %uert"&  E!i%inar t"das !as (ur(u9as de aire de! tu(" de #"%a para )ue n" 'aan

err"res en e! c!cu!" de !a presi/n

BIB@IOHRAFA

     

'ttp"ns Zu??" W @isic")u.%ica Gi!(ert & Caste!!an W @isic")u.%ica Iran N& Le$ine )uinta edici/n $"!u%en 1 - @isic")u.%ica


Segundo Informe de Fisico Quimica

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