Termodinámica de Gases Proceso Isotérmico

FISICO QUIMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DEMAYOLO”

FACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE ESCUELA PROFESIONAL de INGENIERIA SANITARIA SANITARIA

CURSO TEMA

: FISICO-QUIMICA

: PRESION DE VAPOR

DOCENTE: MARTINEZ MONTES, VICTOR VICTOR

INTEGRANTES:

CÓDIGO

ALEGRE MACEDO JUAN CARLOS MORENO LAZARO, CRUSA REYES LOARTE LOARTE MARCO OSORIO LLIUYA LLIUYA FREDY FREDY

MEDINA OLIVO EDWIN LOPEZ JESUS JEAN PAUL RODRIGUEZ TRUJILLO LESLY

072.0507.34 0.0704.043 0!2.0704.052 0!2.0704.032 0!.0704.55

092.00!.0!0 092.00!.0! 0

Huaraz - ANCASH–Perú

TERMODINAMICA DE GASES

1

:

FISICO QUIMICA

OBJETIVO

GENERAL: •

Determinar las funciones termodinmicas en un !roceso isot"rmico de un #as ideal $aire%&

ES'ECIFICO: •

Calcular la !resi(n manom"trica manom"trica a diferentes !osiciones !osiciones de la am!olla de ni)el&

•

Calculo de la !resi(n a*soluta&

•

Calculo de +,


∆ H ,∆ E, Q.



FISICO QUIMICA

Fu!da"e!#$ #e%r&'$ El fundamento del !resente tra*a-o se centra en teor.as / conce!tos necesarios !ara una me-or com!rensi(n, los cuales detallaremos a continuaci(n:

TERMODINAMICA: La termodinmica es la !arte de la f.sica 0ue estudia los mecanismos de transformaci(n o transferencia de ener#.a de un cuer!o a otro dentro de un sistema& Se llama sistema termodinmico a toda !orci(n o cantidad de materia definida o limitada !or *arreras, /a sean estas reales o ima#inarias& Las *arreras de un sistema !ueden clasificarse de la si#uiente manera: 1 Aislante, 0ue no !ermite el !aso de la materia de ener#.a& 1 Fi-as o r.#idas, 0ue im!iden los cam*ios de )olumen& 1 Adia*ticas, 0ue no !ermiten la transferencia de ener#.a en forma de calor ni de materia& 1 Im!ermea*les, a tra)"s de las cuales no se !roduce intercam*io de materia& 1 'ermea*les 0ue facultan el intercam*io de materia / ener#.a en forma de calor& 1 Diat"rmicas, 0ue facilitan el intercam*io de ener#.a en forma de calor& 1 M()iles, 0ue !ermiten los cam*ios de )olumen Un sistema termodinmico !uede estar confinado !or *arreras dotadas simultneamente de )arias de las anteriores caracter.sticas, !udiendo ser, !or e-em!lo, diat"rmicas / r.#idas al mismo tiem!o&

SISTEMAS TERMODIN"MICOS: #. SISTEMAS A$IERTIOS: Enlos 0ue es !osi*le intercam*io de ener#.a / materia con el medio e2terior& El 3ec3o de 0ue !ueda e2istir un intercam*io de materia indica 0ue al menos una de las !aredes del sistema es ima#inaria& A su )e4 los sistemas a*iertos !ueden ser estacionarios o no estacionarios& En los !rimeros, la cantidad de materia 0ue entra en el sistema es i#ual ala 0ue sale es decir el flu-o de masa es constante en los sistemas no estacionarios, la materia 0ue entra no es i#ual a la 0ue sale& TERMODINAMICA DE GASES

(

FISICO QUIMICA

2. SISTEMAS CERRADOS: Sistemas termodinmicos en los 0ue no !ueden e2istir intercam*io de materia, !ero si de ener#.a del e2terior

%. SISTEMAS AISLADOS: Sistemas termodinmicos en los 0ue no es !osi*le ni el intercam*io con el e2terior de materia ni de ener#.a&

!. SISTEMAS T&RMICAMENTE AISLADOS O ADIA$ATICOS: Sistemas termodinmicos en los 0ue no se !roduce intercam*io de materia ni de ener#.a en forma de calor con el e2terior, !ero si e s !osi*le la transferencia de ener#.a en forma de tra*a-o&

VARIA$LES TERMODIN"MICAS: Se llama )aria*les termodinmicas a las !ro!iedades macrosc(!icas de los sistemas termodinmicos& 'or su !arte, se denominan estado a cada una de las diferentes formas en 0ue se !uede !resentar un sistema termodinmico& Las )aria*les5 de estado son a0uellas 0ue definen un sistema en e0uili*rio& Estas )aria*les son la !resi(n, el )olumen, / la tem!eratura& Si )ar.a una de ellas, se !roducir una alteraci(n en el )alor de otras )aria*les relacionada entre si !or medio de la ecuaci(n de estado: PV =nRT … … .. ( 1 ) 2

PV = nRT …… … .. ( 2 ) 3

'ara un mol: 2

PV = EK … … … .. ( 3) 3

Las )aria*les termodinmicas se !ueden di)idir en e2tensi)as e intensi)as& Se llama )aria*les e2tensi)as a a0uellas cu/o )alor se o*tiene sumando sus )alores en todos los su*sistemas en 0ue se !uede di)idir el sistema !rinci!al& Las )aria*les intensi)as son a0uellas en 0ue su )alor neto no se o*tiene como la suma de los )alores !arciales en todos los su*sistemas&

ESTADO DE EQUILI$RIO: TERMODINAMICA DE GASES

)

FISICO QUIMICA Se considera 0ue un sistema se encuentra en e0uili*rio cuando sus )aria*le termodinmicas no )ar.an / son i#uales en todos los !untos del sistema&'ara determinar el estado de e0uili*rio *asta con tener en cuenta las )aria*les $', 6, 7% las cuales son ca!aces !or si solas de definir en estado de un sistema& Las diferentes formas en )irtud de las cuales los sistemas intercam*ian ener#i4a materia con otro sistema se llaman !rocesos& Son !rocesos re)ersi*les a0uellos en 0ue la transformaci(n de un !unto a otro e2!erimenta un cam*io casi esttico / sus !untos de e0uili*rio estn infinitamente !r(2imos& Las transformaciones 0ue se reali4an a !resi(n constante se denominan is(*aros& Isoc(ricos son a0uellas transformaciones 0ue se reali4an a )olumen constante& Las transformaciones e2!erimentadas a tem!eratura constante se denominan isotermas& Las transformaciones 0ue se reali4an sin intercam*io de calor con el e2terior se denominan adia*ticas&

LEYES FUNDAMENTALES DE LA TERMODINAMICA: #. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA: La le/ f.sica conocida como !rimer !rinci!io de la termodinmica re#ula los intercam*ios de ener#.a en los sistemas termodinmicos este !rinci!io !ostula 0ue en todo !roceso termodinmico el *alance ener#"tico #lo*al es siem!re constante& El !rimer !rinci!io de la termodinmica !ara una transformaci(n elemental se !uede e2!resar mediante la si#uiente ecuaci(n: ∂ Q=∂ V − ∂W

Es decir, la cantidad infinitesimal de calor 0ue se comunica a un sistema se em!lea una !arte en aumentar su ener#.a interna e introducir un tra*a-o e2terior&

PROCESOS ISOCOROS: En el ti!o de transformaciones denominadas isocoras, el )olumen es constante !or lo 0ue ∂ V =0 / !or lo tanto el tra*a-o ser nulo&

De ellos se deduce 0ue en una transformaci(n isoc(rica el calor a*sor*ido !or el sistema se utili4a en incrementar o disminuir su ener#.a interna&

PROCESOS ADIA$ATICOS:


*

FISICO QUIMICA Los !rocesos adia*ticos son a0uellos en los 0ue no se !roduce intercam*io s de ener#.a en forma de calor& Estas transformaciones son re)ersi*les !or naturale4a

PROCESOS ISO$AROS: Son !rocesos is(*aros a0uellos 0ue se reali4an a !resi(n constante& El tra*a-o !roducido en este ti!o de !rocesos se !uede educir mu/ fcilmente si se tiene en cuenta su funci(n en los e-es cartesianos !resi(n 8 )olumen&

PROCESOS CICLICOS: A!licando el !rimero !rinci!io de la termodinmico a una transformaci(n c.clica, como en ella es, Q 9 + la ener#.a interna ser nula& 'or tanto, no es !osi*le si un sistema cerrado e2!erimenta un !roceso c.clico !ro!orciona ma/or cantidad de ener#.a en forma de tra*a-o de la 0ue reci*e en forma de calor&

2. SEGUNDO PRINCIPIO DE LAS TERMODINAMICA: Dos cuer!os a diferentes tem!eraturas se !onen en contacto entre si / se mantienen t"rmicamente aislados del medio e2terior& Am*os cuer!os alcan4an finalmente la misma tem!eratura / la cantidad de calor cedida !or el cuer!o mas caliente es i#ual a la reci*ida !or el cuer!o mas fr.a& En esta transformaci(n, de acuerdo al !rimer !rinci!io de la termodinmica, la ener#.a total del sistema !ermanece constante&

PRESION $AROM&TRICA: Es la !resi(n 0ue e-erce el aire so*re los cuer!os, *e*ido a la acci(n del cam!o #ra)itatoria& El aire 0ue rodea a la tierra esta com!uesto con ma/or !orcenta-e !or Nitr(#eno $;<% / o2i#eno $=><%& La densidad del aire )ar.a con la altura, !or consi#uiente con la intensidad del cam!o #ra)itatorio& A3ora *ien, la !resi(n del #as es !ro!orcional a la densidad del #as, entonces la !resi(n atmosf"rica es m2ima en el ni)el del mar / es m.nimo e i#ual a cero en el l.mite de la atm(sfera&

MANÓMETRO: Es a0uel dis!ositi)o 0ue se utili4a !ara medir la !resi(n de un #as encerrado en un reci!iente& La !resi(n manom"trica de un #as es i#ual a la !resi(n 3idrosttica, es decir a la columna del li0uido en el tu*o a*ierto& TERMODINAMICA DE GASES

+

FISICO QUIMICA

PRESION RLATIVA MANOMETRICA: Es la diferencia de !resi(n entre la !resi(n de n sistema cerrado / la !resi(n del medio am*iente& La diferencia de !resiones dentro del tan0ue del medio am*iente se mide !or diferencia d altura ?3@ del ni)el de un li0uido del tu*o en ?u@ $man(metro% instalado al aun0ue, lleno de un li0uido o 0ue !uede ser $/ lo es con frecuencia% mercurio el ra4(n de su alto !eso es!ecifico& '&*9 35

PRESION A$SOLUTA: Es la !resi(n total 0ue so!orta del #as encerrado en un reci!iente: ¿¯ + Pman |¿|= P ¿ P ¿


,

FISICO QUIMICA

MATERIALES  REACTIVOS MA7ERIALES: -

ureta de =B1B5 ml&

-

'in4a mo3r&

-

'era de decantaci(n de B55ml&

-

So!orte uni)ersal&

-

Re#la&

-

Anillo de e2tensi(n&

-

Frasco la)ador&

-

Em!alme de #oma&

-

ureta&

-

7erm(metro&

-

'ro*eta&

REAC7I6O:

 A#ua destilada  Aire $ N ,O % 2

2


.

FISICO QUIMICA

Pr$'ed&"&e!#$

'roceso isot"rmico:


/

FISICO QUIMICA

Determine el )olumen muerto de la *ureta $)olumen sin marca%

BC re#resa el ni)le de la am!ola a un a!osicion tal0ue los ni)eles de a#ua / a a!olla / el tu*o neumometrico coincidan&

FG re#istre la lectura de )olumen en el tu*o neumemetrico&

>C arme el e0ui!o , de-ando la mitad del aire en tu*o neumometrico.

=C llene con a#ua la am!olla de ni)el &

EC )rificar 0ue no 3a/a esca!e de #as, !r lo cual cam*ie la u*icacion del ni)el su*iendola / *a-andola , )erificar 0ue el ni)el !ermanesca constante&

:G le)ante la am!olla de ni)el unos 5,B m / !osteriormente >,5m , use la re#la !ara medir la diferencia de ni)eles, tome nota / mida los )lumenes de #as $aire%&

C mediante una !in4a cierre la man#uerra de #oma&

;G !roceda de modo similar , *a-ando la am!olla de ni)el inicialmente 5&B / lue#o >&5

HG re#istre la !resion *arometrica / la tem!eratura del a#ua de la am!olla de ni)el&

A!$#a'&%! de da#$0 TERMODINAMICA DE GASES

1

FISICO QUIMICA 'osiciones de la am!olla de ni)el / )olumen de ni)el del #as A OBTENIENDO ASI LOS SIGUIENTES VOLUMNES:

Nivel de la ampolla de nivel(m) V(ml)

0

0.5

.0

0.5

.0

!"."

#0

##.!

!5.#

!#.!

0

0.5

.0

0.5

.0

#"."

$0

$#.!

#5.#

##.!

LUEGO SE 7IENE: T Niveldelaampolla

denivel ( m) V =V neu + V m

7AMIEN SE 7IENE: • • •

•

7em!eratura del a#ua en la am!olla de ni)el:=5C 6olumen muerto del tu*o neumom"trico : >5 ml& 'resi(n *arom"trica : 5 de mm#&

'resi(n del a#ua: >&> mm#

C23'u3$0 TERMODINAMICA DE GASES

11

FISICO QUIMICA

>& Calcular las !resiones manom"tricas en mm# !ara cada ni)el de la am!olla& 'RESIONES MANOMJ7RICAS: 'ara ni)eles son i#uales : 760 mmHg→ 1033 cm H 2 O

X → 0 cm H 2 O  = 0 mmHg

'ara B5 cm ms alto 0ue el tu*o4 760 mmHg→ 1033 cm H 2 O

X → 50 cm H 2 O

 = 36.78 mmHg

'ara >55 cm ms alto 0ue el tu*o: 760 mmHg→ 1033 cm H 2 O

X → 100 cm H 2 O  =73.57 mmHg

'ara B5 cm ms *a-o 0ue el tu*o: 760 mmHg→ 1033 cm H 2 O

X → 50 cm H 2 O  =−36.78 mmHg

'ara >55 cm ms *a-o 0ue el tu*o: 760 mmHg→ 1033 cm H 2 O

X → 100 cm H 2 O  =−73.57 mmHg


1

FISICO QUIMICA

=& Calcular las !resiones a*solutas en mm# !ara cada ni)el& 'RESIONES ASOLU7AS: |¿|= P manome!"ica + P #a"ome!"ica P¿

CUANDO AMOS NI6ELES SON IGUALES: |¿|= P

manome!"ica

+ P#a"ome!"ica

P¿ |¿|=0 mmHg + 760 mmHg

P¿ |¿|=760 mmHg

P¿ %UANDO ESTA 0.5m MAS ALTO &UE EL TUBO : |¿|= P manome!"ica + P #a"ome!"ica P¿ |¿|=36.78 mmHg + 760 mmHg

P¿ |¿|=796.78 mmHg

P¿ %UANDO ESTA .0m MAS ALTO &UE EL TUBO: |¿|= P manome!"ica + P#a"ome!"ica P¿ |¿|=73.57 mmHg + 760 mmHg

P¿

|¿|=833.57 mmHg

P¿


1(

FISICO QUIMICA %UANDO ESTA 0.5 MAS BA'O &UE EL TUBO: |¿|= P manome!"ica + P#a"ome!"ica P¿ |¿|=−36.78 mmHg + 760 mmHg

P¿ |¿|=723.22 mmHg

P¿

%UANDO ESTA .0m MAS BA'O &UE EL TUBO: |¿|= P manome!"ica + P#a"ome!"ica P¿ |¿|=−73.57 mmHg + 760 mmHg

P¿

|¿|=686.43 mmHg

P¿

& Calcular las !resiones de #as seco en mm# !ara cada ni)el& 'RESIONES DEL GAS SECO: Pga$ = Pa!m − P H O + P columnali%uida 2

%UANDO AMBOS NIVELES SON IGUALES: Pga$ = Pa!m − P H O + P columna li%uida 2

P ga$= 760 mmHg−17.1 mmHg + 0 mmHg

Pga$ =742.9 mmHg

%UANDO ESTA 0.5m MAS AIBA DEL TUBO: Pga$ = Pa!m − P H O + P columnali%uida 2

Pga$ =760 mmHg −( 17.1 mmHg + 36.78 mmHg ) TERMODINAMICA DE GASES

1)

FISICO QUIMICA

Pga$ =706.12 mmHg

%UANDO ESTA .0m MAS AIBA DEL TUBO: Pga$ = Pa!m − P H O + P columna li%uida 2

Pga$ =760 mmHg −( 17.1 mmHg + 73.57 mmHg )

Pga$ =669.33 mmHg

%UANDO ESTA 0.5m MAS ABA'O DEL TUBO: Pga$ = Pa!m − P H O + P columnali%uida 2

Pga$ =760 mmHg −( 17.1 mmHg −36.78 mmHg ) Pga$ =779.68 mmHg %UANDO ESTA .0m MAS ABA'O DEL TUBO: Pga$ = Pa!m − P H O + P columnali%uida 2

Pga$ =760 mmHg −( 17.1 mmHg −73.57 mmHg)

Pga$ =816.47 mmHg

& Calcular el )olumen del #as seco !ara cada ni)el& 6OLUMEN DEL GAS SECO: nRT V = P

T =2 O ℃ →T = 293 & K

n =1 mol

R=62.4

mmHg mol & K


1*

FISICO QUIMICA

CUANDO AMOS NI6ELES SON IGUALES: mmHg' ( ' 293 & K mol&K 760 mmHg

1 mol' 62.4

V =

V =24.05 (= 0.02405 ml

CUANDO ES7A 5&Bm MAS ARRIA DEL 7UO: mmHg' ( ' 293 & K mol&K 796.78 mmHg

1 mol' 62.4

V =

V =22.9 (= 0.0229 ml

CUANDO ES7A >&5m MAS ARRIA DEL 7UO: mmHg' ( ' 293 & K mol&K 833.57 mmHg

1 mol' 62.4

V =

V =21.9 (= 0.0219 ml

CUANDO ES7A 5&Bm 'OR DEAKO DEL 7UO: mmHg' ( ' 293 & K mol&K 723.22 mmHg

1 mol' 62.4

V =

V =25.28 (= 0.02528

CUANDO ES7A >&5m 'OR DEAKO DEL 7UO:


1+

FISICO QUIMICA mmHg' ( ' 293 & K mol&K 686.43 mmHg

1 mol' 62.4

V =

V =26.6 (= 0.0266 ml

B& Calcular el calor a*sor*ido !or el #as $Q%, el tra*a-o $+%, el cam*io de ener#.a interna $ ∆ E ¿ / el cam*io de ental!ia $ ∆ H ¿ & Q= ∆ E + WE… . en un p"oce$o i$o!e"mico ∆ E= 0

•

Q =W =nRTln

V 2 V 1 V 2= 40 mlaV 1=36.6 ml

 'ARA 6OLUMENES : Q =W =nRTln

a!m. <

¿

V 2 V 1

' 293 & Kln(

40

36.6 mol&K Q=W =1 mol' 1.98 ¿

)

Q =W =51.53 cal


a!m. <

¿

V 3= 43.2 m l a V 2=40 ml

V 3 V 2

43.2

' 293 & Kln

mol&K Q=W =1 mol' 1.98 ¿

40

Q =W =44.64 cal

 'ARA 6OLUMENES :


V 4 =35.3 aV 3=43.2 ml

1,

FISICO QUIMICA

Q =W =nRTln

a!m. <

¿

V 4 V 3

35.3

' 293 & Kln

mol&K 43.2 Q=W =1 mol' 1.98 ¿

Q =W =−117.1 cal


a!m. <

¿

V 5=33.2 mlaV 4 =35.2 ml

V 5 V 4

' 293 &Kln

33.2

mol&K 35.2 Q =W =1 mol' 1.98 ¿

Q =W =−33.93 cal

•

Se sa*e 0ue:

Q = ∆ E +W

W = Q −∆ E

'ero:

∆ E =0

Entonces Q 9 +, !ara todo los casos& •

∆ H = ∆ E + W

'ERO:

∆ H =W

∆ H =Q =W … … … . P)R) *)+) *),O


1.

FISICO QUIMICA

Re0u3#ad$0 Las presiones manométricas están determinadas de la siguiente manera.

'osici(n de ni)el $m% Pmanome!"ica

5m

5&Bm

>&5m

0

36.78

73.57

$mm#%

5&Bm 1&;

>&5m 1&;

Las presiones absolutas están determinadas de la siguiente manera.

'osici(n de ni)el $m%

5m

5&Bm

>&5m

5&Bm

>&5m

|¿|

760

796.78

833.57

=&==

;&

P¿

$mm#%

Las presiones del gas seco están determinadas de la siguiente manera.

'osici(n de ni)el $m% P ga$ $ecco

$mm# %

5m

5&Bm

>&5m

5&Bm

>&5m

742.9

706.12

669.33

H&;

;>&

El volumen del gas seco está determinada de la siguiente manera.

'osici(n de ni)el $m% V ga$$eco

$ml%

5m

5&Bm

>&5m

5&Bm

>&5m

5&5=5 B

0.0229

5&5=>H

5&5=B=;

5&5=


1/

FISICO QUIMICA El valor de Q, W,

∆ E , ∆ H '() *(' '++)/':

Q $cal%

B>&B

+ $K%

=& 

44.64

1>>&>

1&H

214.272

1B=&5; 1>=&;

∆ E =0 ∆ H = ∆ E =W =Q

C$!'3u0&$!e0  Se determin( todas las funciones termodinmicas en un !roceso isot"rmico !ara un #as ideal&  Se o*ser)( !rinci!almente 0ue la tem!eratura es constante !ara un !roceso isot"rmico&  Se o*ser)( 0ue en un !roceso isot"rmico la )ariaci(n de calor $ ∆ E =0 % es cero&  Se determin( 0ue el calor de reacci(n es i#ual al tra*a-o &




FISICO QUIMICA

Re'$"e!da'&$!e0

 Se recomienda estudiar el manual de f.sico 0u.mica antes de reali4ar la !rctica&  Se recomienda mani!ular con cuidado los e0ui!os !ara tener una ma/or !recisi(n en las mediciones de )olumen&  De-ar lim!i( los materiales&


1

FISICO QUIMICA

B&53&$6ra78a •

Enciclo!edia Mentor, tomo > / = Ediciones Castell Es!aa 8 >HH& Marr(n / 'ruton, Fundamentos de Fisico0u.mica, decimo0uinta reim!resi(n

•

>H; Ediciones Limusa M"2ico 8 >H;& Manual de f.sico 0uimica1!a#&$>1>;>%

•




Termodinámica de Gases Proceso Isotérmico

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