I.-INTRODUCCION En todos todos los procesos físicos y químicos químicos ya estudiados el de mayor mayor importancia es la termodi termodinám námica ica de gases gases donde donde se realiza realizan n dos procesos procesos esencia esenciales, les, el proceso isotérmico. En la sigu siguien iente te prác prácti tica ca se reali realiza zara ra un estud estudio io deta detall llad ado o de los los proc proceso esoss isotérmicos para gases ideales desde un punto de vista termodinámico. Para Para lograr lograr resulta resultados dos claros y preciso precisoss de los procesos procesos ya mencion mencionado adoss se requiere que las mediciones sean hechas con el mayor cuidado posible (al .! ml" referencia mínima de traba#o. $a muestra gaseosa que será sometida a estudio la trataremos como si presenta un comportamiento de gas ideal lo cual debe ser un sistema cerrado y por lo tanto su energía y masa son constantes. %e acuerdo a estos datos se traba#ara en la practica para luego comprobarlo analíticamente mediante operaciones con formulas y principios termodinámicos.
E$ alumno.
II.-DETALLES EXPERIMENTALES
TERMODINÁMICA DE GASES 2.1.-OBJETIVOS !. %eterminar las funciones termodinámicas en un proceso para un gas ideal (aire". &. %eterminar las funciones termodinámicas en un proceso isobárico.
2.2.-MATERIALES: •
Plancha de asbesto
•
'aln seco
•
)oporte universal
•
Probeta
•
*atraz de un litro de capacidad con tapn trihoradado
•
+ermmetro
•
Pinzas de empalme de goma
•
mpolla de nivel
•
+ubo neumométrico
•
gua destilada
•
-arilla de vidrio
•
Pipeta de ml
2.3.-FUNDAMENTO TEORICO El fundamento del presente traba#o se centra en teorías y conceptos necesarios para una me#or comprensin, los cuales detallaremos a continuacin/
TERMODINAMICA: $a termodinámica es la parte de la física que estudia los mecanismos de transformacin o transferencia de energía de un cuerpo a otro dentro de un sistema. )e llama sistema termodinámico a toda porcin o cantidad de materia definida o limitada por barreras, ya sean estas reales o imaginarias.
$as barreras de un sistema pueden clasificarse de la siguiente manera/ 0 islante, que no permite el paso de la materia de energía. 0 1i#as o rígidas, que impiden los cambios de volumen. 0 diabáticas, que no permiten la transferencia de energía en forma de calor ni de materia. 0 2mpermeables, a través de las cuales no se produce intercambio de materia. 0 Permeables que facultan el intercambio de materia y energía en forma de calor. 0 %iatérmicas, que facilitan el intercambio de energía en forma de calor. 0 *viles, que permiten los cambios de volumen 3n sistema termodinámico puede estar confinado por barreras dotadas simultáneamente de varias de las anteriores características, pudiendo ser, por e#emplo, diatérmicas y rígidas al mismo tiempo.
SISTEMAS TERMODINÁMICOS: 1. SISTEMAS ABIERTIOS: En los que es posible intercambio de energía y materia con el medio e4terior. El hecho de que pueda e4istir un intercambio de materia indica que al menos una de las paredes del sistema es imaginaria. su vez los sistemas abiertos pueden ser estacionarios o no estacionarios. En los primeros, la cantidad de materia que entra en el sistema es igual ala que sale es decir el flu#o de masa es constante en los sistemas no estacionarios, la materia que entra no es igual a la que sale.
2. SISTEMAS CERRADOS: )istemas termodinámicos en los que no pueden e4istir intercambio de materia, pero si de energía del e4terior
3. SISTEMAS AISLADOS: )istemas termodinámicos en los que no es posible ni el intercambio con el e4terior de materia ni de energía.
4. SISTEMAS TÉRMICAMENTE AISLADOS O ADIABATICOS: )istemas termodinámicos en los que no se produce intercambio de materia ni de energía en forma de calor con el e4terior, pero si e s posible la transferencia de energía en forma de traba#o.
VARIABLES TERMODINÁMICAS: )e llama variables termodinámicas a las propiedades macroscpicas de los sistemas termodinámicos. Por su parte, se denominan estado a cada una de las diferentes formas en que se puede presentar un sistema termodinámico.
$as variables de estado son aquellas que definen un sistema en equilibrio. Estas variables son la presin, el volumen, y la temperatura. )i varía una de ellas, se producirá una alteracin en el valor de otras variables relacionada entre si por medio de la ecuacin de estado/ P- 5 n.6. + $as variables termodinámicas se pueden dividir en
e4tensivas e intensivas. )e llama
variables e4tensivas a aquellas cuyo valor se obtiene sumando sus valores en todos los subsistemas en que se puede dividir el sistema principal. $as variables intensivas son aquellas en que su valor neto no se obtiene como la suma de los valores parciales en todos los subsistemas.
ESTADO DE EQUILIBRIO: )e considera que un sistema se encuentra en equilibrio cuando sus variable termodinámicas no varían y son iguales en todos los puntos del sistema.Para determinar el estado de equilibrio basta con tener en cuenta las variables (P, -, +" las cuales son capaces por si solas de definir en estado de un sistema. $as diferentes formas en virtud de las cuales los sistemas intercambian energiza materia con otro sistema se llaman procesos. )on procesos reversibles aquellos en que la transformacin de un punto a otro e4perimenta un cambio casi estático y sus puntos de equilibrio están infinitamente pr4imos. $as transformaciones que se realizan a presin constante se denominan isbaros. 2socricos son aquellas transformaciones que se realizan a volumen constante. $as transformaciones e4perimentadas a temperatura constante se denominan isotermas. $as transformaciones que se realizan sin intercambio de calor con el e4terior se denominan adiabáticas.
LEES FUNDAMENTALES DE LA TERMODINAMICA: 1. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA: $a ley física conocida como primer principio de la termodinámica regula los intercambios de energía en los sistemas termodinámicos este principio postula que en todo proceso termodinámico el balance energético global es siempre constante. El primer principio de la termodinámica para una transformacin elemental se puede e4presar mediante la siguiente ecuacin d7 5 d3 8 d9 Es decir, la cantidad infinitesimal de calor que se comunica a un sistema se emplea una parte en aumentar su energía interna e introducir un traba#o e4terior.
PROCESOS ISOCOROS: En el tipo de transformaciones denominadas isocoras, el volumen es constante por lo que d- 5 y por lo tanto el traba#o será nulo. %e ellos se deduce que en una transformacin isocrica el calor absorbido por el sistema se utiliza en incrementar o disminuir su energía interna.
PROCESOS ADIABATICOS: $os procesos adiabáticos son aquellos en los que no se produce intercambio s de energía en forma de calor. Estas transformaciones son reversibles por naturaleza
PROCESOS ISOBAROS/ )on procesos isbaros aquellos que se realizan a presin constante. El traba#o producido en este tipo de procesos se puede educir muy fácilmente si se tiene en cuenta su funcin en los e#es cartesianos presin 8 volumen.
PROCESOS CICLICOS: plicando el primero principio de la termodinámico a una transformacin cíclica, como en ella es, 7 5 9 la energía interna será nula. Por tanto, no es posible si un sistema cerrado e4perimenta un proceso cíclico proporciona mayor cantidad de energía en forma de traba#o de la que recibe en forma de calor.
2. SEGUNDO PRINCIPIO DE LAS TERMODINAMICA: %os cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto entre si y se mantienen térmicamente aislados del medio e4terior. mbos cuerpos alcanzan finalmente la misma temperatura y la cantidad de calor cedida por el cuerpo mas caliente es igual a la recibida por el cuerpo mas fría. En esta transformacin, de acuerdo al primer principio de la termodinámica, la energía total del sistema permanece constante.
PRESION BAROMÉTRICA: Es la presin que e#erce
el aire sobre los cuerpos, bebido a la accin
del campo
gravitatoria. El aire que rodea a la tierra esta compuesto con mayor porcenta#e por :itrgeno (;<=" y o4igeno (&!=". $a densidad del aire varía con la altura, por consiguiente con la intensidad del campo gravitatorio. hora bien, la presin del gas es proporcional a la densidad del gas, entonces la presin atmosférica es má4ima en el nivel del mar y es mínimo e igual a cero en el límite de la atmsfera.
MAN!METRO: Es aquel dispositivo que se utiliza para medir la presin de un gas encerrado en un recipiente. $a presin manométrica de un gas es igual a la presin hidrostática, es decir a la columna del liquido en el tubo abierto.
PRESION RLATIVA MANOMETRICA: Es la diferencia de presin entre la presin de n sistema cerrado y la presin del medio ambiente. $a diferencia de presiones dentro del tanque del medio ambiente se mide por diferencia d altura >h? del nivel de un liquido del tubo en >u? (manmetro" instalado al aunque, lleno de un liquido o que puede ser (y lo es con frecuencia" mercurio el razn de su alto peso especifico. P.b5 h
PRESION ABSOLUTA: Es la presin total que soporta del gas encerrado en un recipiente. P.abs 5 P.bar @ P.man
III.-PARTE EXPERIMENTAL: PROCESO ISOTERMICO: 3.1.-PROCEDIMIENTO:
2nstalar el equipo de traba#o con los materiales ya mencionados.
%eterminar el volumen muerto de la bureta.
*onte el equipo de#ando la mitad de aire en el tubo neumometrico.
Aierre con una pinza el empalme del tubo de goma.
-erificar que no e4ista escape de gas, para lo cual cambie (subiendo o ba#ando la ampolla de nivel" a una posicin fi#a y después de variar el nivel del líquido manométrico en el tubo neumometrico, verifique que este nivel permanezca constante. )i varia es porque hay escape de gas en tal caso resuelva esta situacin.
$uego regrese la ampolla de nivel a una posicin tal que los niveles de agua de la ampolla se encuentren enrasados con un error menor de .!ml, para observar me#or trate de acercar cuanto sea posible el tubo neumometrico con la ampolla de nivel.
Baga la lectura del volumen en el tubo neumometrico.
$uego levante la ampolla de nivel apro4imadamente .m y posteriormente !. m utilice una regla y mida e4actamente la diferencia de niveles. note estas lecturas y las de los volCmenes del gas .
Baga lo mismo ba#ando la ampolla de nivel primero a .m y luego a !. m
6egistre la presin barométrica y la temperatura del agua y la ampolla de nivel, agitando el agua hasta temperatura constante. :o mueva la pinza del tubo neumometrico.
3.2.-DATOS EXPERIMENTALES: Posiciones de la ampolla de nivel y volumen de nivel del gas 2. Auando ambos niveles son iguales
m
-D$
!.!
22. :ivel de ampolla
.&
m mas alto que el tuboFFF... -D$
&.Gml
222. :ivel de ampolla
. m mas alto que el tuboFFF... -D$
&!.&ml
2-. :ivel de ampolla
.& m mas ba#o que el tuboFFF.. -D$
!;ml
-. :ivel de ampolla
. m mas ba#o que el tuboFFFF -D$
!H.
+emperatura del agua en la ampolla de nivel/ !<. IA -olumen muerto del tubo neumometrico Presin barométrica
/
/ &.< ml
;J de mmBg
3.3.- CALCULOS: A" P#$%&'($% M)('*+,#&)%: ;Jmmhg → !G,GcmH &O
X
→
X
=
&cmH &O
!
Para cm X
=
GJ;.
Para &m del nivel de referencia hacia aba#o X
= −
!
Para cm del nivel de referencia hacia aba#o X
= −GJ; .
mmhg
B" P#$%&'($% A%'/0,)%: P) PMA('*+,#&) P)#'*+,#&) Para 22/ Para 222/ Para 2-/ Para -/
Pab 5 HG.G mmBg Pab 5 !!&;.
C" P#$%&'($% $/ )% %$':
P)% P),* 5 P62O 5 P'/0*() /&70&) Para 22/ Pgas 5 .<<& mmBg Para 222/ Pgas 5 G;. mmBg Para 2-/ Pgas 5 &;.;H& mmBg Para -/ Pgas 5 !!!!.J;& mmBg
D" V'/0*$( $/ )% %$': V(RT8P
E" F" G" 6"
Para 22/ - 5 G&.H ml Para 222/ - 5 H<.G& ml Para 2-/ - 5 !.< ml Para -/ - 5 !J.GH ml 75 !!&.H K Q ( C9 ∆ T S$ %)$ 70$: ∆ E Q 5 --- Pero/ ∆ E 5 Entonces 7 5 9 9 5 !!&.H K ∆ 6 ∆ E 00000000 ∆ 6 5 !!&.H K ∆
S ( R L( V28V1 V1 ) V2 :
∆)
5 (!" (.<&atm.$L*olIM" $n (&.GL!.!"5 H.;4! 0G atm.$ L IM
V2 ) V3 : ∆)
5 G.J 4 ! 0G atm. $ L IM
∆)
5 0.& atm. $ L IM
∆)
5 0.!! atm. $ L IM
V3 ) V4 : V4 ) V; :
IV.-CONCLUSION. •
)e determin todas las funciones termodinámicas en un proceso isotérmico para un gas ideal.
•
)e observo principalmente que la temperatura es constante debido a que se traba#o con presiones manométricas.
•
)e determin que la temperatura del gas ' es directamente proporcional a la presin absoluta. Para ese proceso la muestra gaseosa que se estudio se trato como si tuviera un comportamiento de gas ideal y como un sistema cerrado por lo que su energía y masa son constantes.
•
)e estableci que la entropía es directamente proporcional a la presin, es decir cuando esta aumenta la presin también aumenta.
V.-BIBLIOGRAFIA •
Enciclopedia utodidáctica $e4us (7uímica", tomo -22 Editores $e4us Aolombia0 !;.
•
Enciclopedia de la Aiencia y de $a +écnica, tomo < Editorial Dcéano 'arcelona0 !.
•
Enciclopedia *entor, tomo ! y & Ediciones Aastell EspaNa 8 !G.
•
*arron y Pruton, 1undamentos de 1isicoquímica, decimoquinta reimpresin !
