Apuntes Fluidos I, Apuntes de Química. Universidad de La Laguna (ULL)
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Apuntes Fluidos I, Apuntes de Química. Universidad de La Laguna (ULL)

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Asignatura: Quimica, Profesor: asads asads, Carrera: Ingeniería Náutica y Transporte Marítimo, Universidad: ULL
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FLUIDOS I. GASES IDEALES Y REALES.

1 ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA. La materia se presenta en tres estados de agregación: Solido, liquido, gas. Existe un cuarto estado, llamado plasma, que solo se encuentra bajo condiciones extremas.

Los sólidos y los líquidos son muy difícil de comprimir, al contrario que los gases.

En cualquiera de los tres estados de agregación las partículas se ven sometidas a dos tipos de fuerzas:

• Las fuerzas de expansión, que dependen de la velocidad de las partículas, que tienden a separarlas entre sí.

• Las fuerzas de atracción, que tienden a acércalas entre si hasta un cierto grado de proximidad en el que comienza a operar las fuerzas repulsivas.

La energía cinética de las moléculas de un gas, que depende de su temperatura, determina su fuerza de separación. Puesto que a diferentes moléculas les corresponde distintas fuerzas atractivas, la temperatura y la presión necesarias para la condensación varían de unos gases a otros.

2 GASES: LEYES EXPERIMENTALES. A Ecuación de estado.

Si se dispone de una masa m de cualquier sustancia se puede medir el volumen (V) que ocupa, la temperatura (T) a la que se halla y la presión (P) a que está sometida. Estas cuatro magnitudes no son independientes entre sí, es decir, se puede dar cualquier valor arbitrario a tres de ellas, pero la cuarta magnitud adquirirá un valor determinado que no se puede variar a menos que se modifique alguna de las tres anteriores.

f (n, P, V, T) = 0

• Masa m → nº de moles.

• P = f (n, V, T), una cierta masa (M) que ocupa el volumen V • V = f (n, P, V), una cierta masa (M) que está sometida a una presión (P) a una temperatura (T) solo puede tener el volumen (V) dado por la ecuación.

• T= f (n, P, V) una cierta masa (M) que está sometida a una presión (P) y ocupa el volumen (V), solo puede tener la temperatura (T) dada por la ecuación

El término “estado” entraña un estado de equilibrio, lo que significa que la temperatura y la presión son las mismas en todos los puntos. La ecuación de estado en los sólidos y los líquidos es generalmente muy complicada y distinta para cada sustancia. Sin embargo, todos los gases son aproximadamente iguales.

B RELACION ENTRE LA PRESION Y EL 0DE UNA MASA DADA DE UN GAS A TEMPERATURA CTE

Resultado de imagen de grafica ley de boyle mariotteLEY DE BOYLE-MARIOTTE Boyle y Mariotte comprobaron experimentalmente que, para una masa dada de un gas, a temperatura constante, la presión y el volumen son magnitudes inversamente proporcionales.

V α P 1 → V = constante x

P 1 → P x V = constante

Un gas que cumpliera la ley de Boyle – Mariotte en cualquier rango de presión y temperatura sería un gas ideal. Si la presión es alta y la temperatura es baja, los gases se desvían del comportamiento ideal.

Fundamentos químicos del buque. Primer parcial.

Si se representa la gráfica de la presión se obtiene una rama isoterma por ser constante en la temperatura.

Fundamentos químicos del buque. Primer parcial.

C Resultado de imagen de Grafica ley charlesRELACION ENTRE EL VOLUMEN Y LA TEMPERATURA DE UNA MASA DADA DE UN GAS A PRESION CTE.

LEY DE CHARLES-GAY LUSSAC El volumen de una masa invariable de un gas, a presión cte., es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

V α T → V = constante x T → T1 = constante Si se representa gráficamente el volumen frente a la temperatura se obtiene una recta cuya pendiente da la constante V/T.

D Resultado de imagen de presion temperatura a volumen constanteRELACION ENTRE LA PRESION Y LA TEMPERATURA DE UNA MASA DADA DE UN GAS A VOLUMEN CTE.

LEY CHARLES- GAY – LUSSAC Para que una masa dada de un gas que ocupa un volumen cte., la presión y la temperatura absoluta son magnitudes directamente proporcionales.

P α T → P = constante x T → TP = constante Resultado de imagen de ley de avogadro h y N

E RELACION ENTRE EL NUMERO DE MOLECULAS DE UN GAS Y EL VOLUMEN MANTENIENDO CONSTANTES LA PRESION Y LA TEMPERATURA.

LEY DE AVOGADRO “En volúmenes iguales de todos los gases, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, existen igual número de moléculas.”

F CONDICIONES NORMALES Presión = 1 atm / 760 mmHg / 760 torr Temperatura = 0ºC

En estas condiciones un mol de cualquier sustancia gaseosa (igual número de moléculas) ocupa 22,4 litros. G ECUACIÓN DE ESTADO DE UN GAS.

Hasta el momento se ha estudiado el comportamiento de un gas cuando 2 de las 4 magnitudes que definen su estado se mantienen constantes. Ahora la única magnitud invariable sea la masa. Esto se puede hacer combinando las leyes de Boyle – Mariotte y de Charles – Gay Lussac. Presión constanteTemperatura cte.P, V, T

1 (2) (3)

Fundamentos químicos del buque. Primer parcial.

Número de Avogadro: 6 :023 x 10 23

P 0 x V 0 = c t e Ecuación 1:

P ¢ v x = c te P 0 ¢ V 0 = P ¢ V x

El paso (2) a (3) se hace a presión constante, por lo tanto: Ecuación 2:

t0

v x = c te t 0 v x = T

v

T V = c te

Despejando V de las Ec. 1 y Ec. 2, igualando y reordenando, se obtiene:

V x = P P 0 ¢V 0 Ecuación 3:

V x = T V ¢T 0 P

P 0 ¢V 0 = T V ¢T 0 => T 0

P 0 ¢V 0 = T P ¢V = ct e

Para un mol (n a v o g a d r o ) la constante toma valor R (0.082 k ¢ m ol a tm ¢ l ). Por lo que para

cualquier número de moles la ecuación quedara como: P ¢ V = n ¢ T ¢R Ecuación únicamente para los gases

ideales.

RESUMEN DE LAS LEYES DE LOS GASES IDEALES:

H LEY DE DALTON La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones (presión parcial) que cada uno de los gases ejercía al ocuparse el solo el mismo volumen, a la misma temperatura.

P T =

X P i

La presión parcial se define como

P i = X i ¢ P en la que x i = n Tn i . Mirar ejemplo en libro página 16.

3 GASES REALES. I DESVIAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO IDEAL.

Para una determinada temperatura, los gases se alejan más de la idealidad cuanto mayor es la presión y para una determinada presión, los gases se suelen alejar más de la idealidad cuanto más fríos estén. El desviamiento de la idealidad se debe a dos factores. Por una parte, bajo presiones elevadas un gas esta tan comprimido que el volumen ocupado por sus moléculas se convierte en una fracción significativa del volumen total ocupado por el gas, por lo que el volumen que puede disminuir no es el volumen del recipiente si no el volumen que las moléculas tienen realmente disponible.

Por otra parte, a bajas temperaturas la velocidad promedio de las moléculas es menor que a altas temperaturas. a) gas ideal; no hay interacción entre las moléculas b) gas real; las fuerzas intermoleculares de atracción frenan a las moléculas, que chocan con la pared con menos fuerza

II ECUACION DE ESTADO DE UN GAS REAL Van der Walls introdujo correcciones en la ecuación del gas ideal para incluir los efectos del volumen y la fuerza de choque, para n moles la ecuación de Van der Walls es:³

P + V

2 n 2a

´ ( v - n b ) = n R T

n = p e so ¢m o l m a sa

Los términos a y b son constantes medidas experimentalmente, que difieren de unos gases a otros; cada gas tiene su propia ecuación de estado.

• El término “a” corrige el hecho de que las moléculas se atraigan entre si • El término “b” corrige el hecho de que las moléculas tienen volumen propio.

La ecuación de Van der Walls a bajas presiones se define a la ecuación general de los gases ideales.

III SUPERFICIE PVT; PUNTO TRIPLE; PUNTO CRITICO. Cualquiera que sea el estado en el que se encuentre una sustancia existe una relación definida entre la presión, el volumen y la temperatura (posee una ecuación de estado). Ya que existe una cuarta magnitud variable, el eje del volumen representara un volumen especifico (Volumen por unidad de masas), valor inverso a la densidad de la sustancia.

V = d 1 = m

V

Punto triple: Es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor. Punto crítico: Es aquel límite para el cual el volumen de un líquido es igual al de una masa igual de vapor o, dicho de otro modo, en el cual las densidades del líquido y del vapor son iguales.

IV PROYECCIONES BIDIMENSIONALES DE LA SUPERFICIE PVT.

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