informe fisico quimico # 2

8/17/2019 Informe Fisico Quimico # 2

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Año de la Diversifcación Productiva y del Fortalecimiento dela Educación

UNIVERSIDAD NACINA! DE IN"ENIERIA#FI"$$

FISICO-QUÍMICASegundo informe

%ER$DINA$ICA DE "ASES

Nombre: Wilfredo Mallma Huamani

Profesor: Ing !oba"o

#$%&

Introducción

S"a"us(Autor: Mallma Huamani Wilfredo2016Docente: Ing. Arturo Lobato Flores


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-'Au")or( -

Definimos la termodinámica, de una manera muy simple, fija su atención en el interior delos sistemas físicos, en los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a caboentre un sistema y otro. A las magnitudes macroscópicas que se relacionan con el estadointerno de un sistema se les llama coordenadas termodinámicas; éstas nos van a ayudar a

determinar la energía interna del sistema. n resumen, el fin !ltimo de la termodinámica esencontrar entre las coordenadas termodinámicas relaciones generales co"erentes con losprincipios básicos de la física.

#a termodinámica basa sus análisis en algunas leyes$ #a #ey %cero%, referente al conceptode temperatura, la &rimera #ey de la termodinámica, que nos "abla del principio deconservación de la energía, la 'egunda #ey de la termodinámica, que nos define a laentropía. A continuación vamos a "ablar de cada una de estas leyes, "aciendo "incapié en

la segunda ley y el concepto de entropía.

&revio a profundi(ar en este tema de la termodinámica, es imprescindible establecer unaclara distinción entre tres conceptos básicos$ temperatura, calor y energía interna. )omoejemplo ilustrativo, es conveniente recurrir a la teoría cinética de los gases, en que éstossabemos están constituidos por numerosísimas moléculas en permanente c"oque entre sí.

#


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-'Au")or( -

Introducción:

s indispensable "oy en día servirnos de nuestras leyes y principio de la termodinámica para lareali(ación de los diversos proyectos y no solo eso sido para e*plicarnos los diversos fenómenosque ocurren en nuestro entorno día a día así como por ejemplo desde algo muy simple los cambiosde estado del agua "asta el análisis térmico de una nave espacial; yendo más "acia nuestro campotenemos el empleo de e*plosivos en mine ríalas relaciones endotérmicas y e*otérmicas muyusadas en metal!rgica.

Objetivos:

+. erificar la #ey de -oyle o el proceso isotérmico de la primera e*periencia de los

gases y el cero absoluto.

++. )omprobar la #ey de ay #ussac, evaluando las e*periencias desde el punto de

vista de la termodinámica.

Fundamento Teórico

TERM ODINÁMICA DE LOS GASES

• Calor (Q)

nergía absorbida o liberada durante un proceso termodinámico; cuando el calor esliberado por el sistema se considera negativo, y cuando es absorbido se considera positivo.

• Trabajo(W )

ariación e*perimentada en su volumen durante una e*pansión o comprensión delsistema en un proceso termodinámico. s positiva cuando es reali(ado por el sistema ynegativo cuando es sobre el sistema.

W = P ∆V

• Energía Interna( E)

*


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-'Au")or( -

nergía que poseen las moléculas de un gas. )onstituidas por la energía cinética, energíapotencial, energía de rotación, etc. #a variación de esta energía depende !nicamente de latemperatura absoluta y es independiente de la trayectoria o proceso que sufre el gas.

• Entalpía(∆ )

)alor absorbido o liberado durante una reacción química, manteniendo la presión

constante. &ara sólidos y líquidos la es igual a la variación de energía interna; para losgases se tiene$

∆ =∆ E+ P ∆ V

Entropía(∆ S)

/edida del estado de desorden de un sistema. 0odo sistema aislado tiende siempre a unestado de mayor desorden o mayor entropía.

#a variación de entropía para un gas es mayor que para un líquido y este para un sólido.

∆ S=!Q

T pro"e#o $rre%er#$ble

Pro"e#ore%er#$ble

s toda transformación en que el sistema se encuentra infinitamente pró*imo a un estadode equilibrio. #os procesos$ isotérmico, isobárico, adiabático son procesos reversibles.

1na de las más fundamentales manifestaciones, en la naturale(a es la energía que

acompa2a a todos los cambios y transformaciones. #a forma más frecuente en queaparece la energía y a la que tienden todas las demás es el calor, además la energíamecánica, eléctrica, química, radiante que se encuentran almacenadas en todas lassustancias$ De esta interrelación entre energías, constituyen el objeto de la termodinámica.

+


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-'Au")or( -

Pr$&erale' !e la Ter&o!$n(&$"a

n términos generales se puede interpretar como conservación de la energía de un

sistema, no es otra cosa que el principio de conservación aplicado a un sistema de

muc"ísimas partículas. A cada estado del sistema le corresponde una energía interna U .

)uando el sistema pasa del estado A al estado -, su energía interna cambia en$

∆ ) =) *−) A

'upongamos que el sistema está en el estado A y reali(a un trabajo W , e*pandiéndose.

Dic"o trabajo mecánico da lugar a un cambio 3disminución4 de la energía interna de

sistema$

∆ ) =−W

0ambién podemos cambiar el estado del sistema poniéndolo en contacto térmico con otro

sistema a diferente temperatura. 'i fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero,

aumenta su energía interna en$

∆ ) =Q

&


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-'Au")or( -

'i el sistema e*perimenta una transformación cíclica, el cambio en la energía interna es

cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, ∆ ) =0 'in embargo,

durante el ciclo el sistema "a efectuado un trabajo, que "a de ser proporcionado por los

alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservación

de la energía W =Q .

'i el estado inicial y final están muy pró*imos entre sí, el primer principio se escribe

!) =!Q− p!V

Seg+n!ale'!e laTer&o!$n(&$"a

#a segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturale(a pueden

ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley, solo ciertos tipos de

conversión de energía pueden ocurrir. #os siguientes son algunos procesos compatibles

con la primera ley de la termodinámica, pero que se cumplen en un orden gobernado por la

segunda ley. 54 )uando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en

contacto térmico entre sí, el calor fluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del

más frío al más cálido. 64 #a sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la

e*tracción de la sal del agua requiere alguna influencia e*terna. 74 )uando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota "asta detenerse, pero el proceso inverso nunca ocurre.

0odos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir procesos que ocurren

naturalmente en una sola dirección. 8inguno de estos procesos ocurre en el orden

temporal opuesto. 'i lo "icieran, violarían la segunda ley de la termodinámica. #a

naturale(a unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del

tiempo.

,


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-'Au")or( -

Pro"e#o$#oter&$"o : )omo la temperatura es constante se saca fuera de la integral y

quedaría$ S 2−S1=, /T

Pro"e#ono $#ot-r&$"o :

n muc"os procesos, la absorción reversible de calor esta acompa2ada por un cambio de

temperatura, es este caso e*presamos el calor en función de la temperatura integramos y

obtendremos$

En+n pro"e#o a %ol+&en "on#tante :

!,=C%!T

Enton"e# : S2−S1=C% ln T 2/T 1

En+n pro"e#o a pre#$on "on#tante:

!,=Cp!T

Enton"e#: S2−S1="p ln T 2/T 1

Pro"e#o a!$ab(t$"o : n un proceso adiabático como no e*iste transferencia de calor la

variación de entropías es cero. S 2−S1=0

Ter"erale'!elater&o!$n(&$"a

#a segunda ley está ligada a una variable termodinámica denominada entropía 3s4, y

puede e*presarse cuantitativamente en términos de esta variable.

n el análisis de muc"as reacciones químicas es necesario fijar un estado de referencia

para la entropía. ste siempre puede escogerse alg!n nivel arbitrario de referencia cuando

solo se involucra un componente; para las tablas de vapor convencionales se "a escogido

76 9 :. 'obre la base de las observaciones "ec"as por 8ernst y por otros, &lanc

estableció la tercera ley de la termodinámica en 5


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-'Au")or( -

1n cristal %perfecto% es aquel que está en equilibrio termodinámico. n consecuencia,

com!nmente se establece la tercera ley en forma más general, como #a entropía de

cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la

temperatura tiende a cero.

#a importancia de la tercera ley es evidente. 'uministra una base para el cálculo de las

entropías absolutas de las sustancias, las cuales pueden utili(arse en las ecuaciones

apropiadas para determinar la dirección de las reacciones químicas. 1na interpretación

estadística de la tercera ley es más bien sencilla, puesto que la entropía se "a definido

como$ S=. ln # .

n donde es la constante de -ol(mall s es la probabilidad termodinámica. n vista de la

anterior disertación, la tercera ley equivale a establecer que$ s = 5 cuando 0 = >.sto

significa que sólo e*iste una forma de ocurrencia del estado de energía mínima para una

sustancia que obede(ca la tercera ley.

?ay varios casos referidos en la literatura en donde los cálculos basados en la tercera ley

no están desacuerdo con los e*perimentos. 'in embargo, en todos los casos es posible

e*plicar el desacuerdo sobre la base de que la sustancia no es %pura%, esto es, pueda

"aber dos o más isótopos o presentarse moléculas diferentes o, también, una distribución

de no equilibrio de las moléculas. n tales casos "ay más de un estado cuántico en el cero

absoluto y la entropía no tiende a cero.

I#/"orao a %ol+&en "on#tante

8o "ay variación de volumen del gas, luegoW =0

Q=nC% (T *−T A )

Donde C% es el capacidad calorífica a volumen constante

.


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-'Au")or( -

I#/barao a pre#$/n"on#tante

W = p (% *−% A )

Q=nCp(T *−T A)

Donde Cp es el capacidad calorifica a presión constante

I#oter&ao a te&perat+ra "on#tante

P%=nRT

#a curva p="te /V que representa la transformación en un diagrama p−V es una

"ipérbola cuyas asíntotas son los ejes coordenados.

∆ ) =0

Q=W

CALOR Y TEMPERATRA

/ediante el contacto de la epidermis con un objeto se perciben sensaciones de frío o de

calor, siendo está muy caliente. #os conceptos de calor y frío son totalmente relativos y

sólo se pueden establecer con la relación a un cuerpo de referencia como, por ejemplo, la

mano del "ombre.

/

http://www.monografias.com/trabajos15/fundamento-ontologico/fundamento-ontologico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/fundamento-ontologico/fundamento-ontologico.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/fundamento-ontologico/fundamento-ontologico.shtml


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-'Au")or( -

#o que se percibe con más precisión es la temperatura del objeto o, más e*actamente

todavía, la diferencia entre la temperatura del mismo y la de la mano que la toca. A"ora

bien, aunque la sensación e*perimentada sea tanto más intensa cuanto más elevada sea

la temperatura, se trata sólo una apreciación muy poco e*acta que no puede considerarse

como medida de temperatura. &ara efectuar esta ultima se utili(an otras propiedades del

calor, como la dilatación, cuyos efectos son susceptibles.

)on muy pocas e*cepciones todos los cuerpos aumentan de volumen al calentarse y

diminuyen cuando se enfrían. n caso de los sólidos, el volumen suele incrementarse en

todas las direcciones se puede observar este fenómeno en una de ellas con e*periencia

del pirómetro del cuadrante.

l, pirómetro del cuadrante consta de una barra metálica apoyada en dos soportes, uno de

los cuales se fija con un tornillo, mientras que el otro puede desli(arse y empujar una

palanca acodada terminada por una aguja que recorre un cuadrante o escala cuadrada.

)uando, mediante un mec"ero, se calienta fuertemente la barra, está se dilata y el valor

del alargamiento, ampliado por la palanca, aparece en el cuadrante.

@tro e*perimento igualmente característico es el llamado del anillo de ravesande. ste

aparato se compone de un soporte del que cuelga una esfera metálica cuyo diámetro es

ligeramente inferior al de un anillo el mismo metal por el cual puede pasar cuando las dos

pie(as están a l a misma temperatura. 'i se calienta la esfera dejando el anillo a la

temperatura ordinaria, aquella se dilata y no pasa por el anillo; en cambio puede volver a

"acerlo una ve( enfriada o en el caso en que se "ayan calentando simultáneamente y a la

misma temperatura la esfera y el anillo.

#a dilatación es, por consiguiente, una primera propiedad térmica de los cuerpos, que

permite llegar a la noción de la temperatura.

#a segunda magnitud fundamental es la cantidad de calor que se supone reciben o ceden

los cuerpos al calentarse o al enfriarse, respectivamente.#a cantidad de calor que "ay que proporcionar a un cuerpo para que su temperatura

aumente en un numero de unidades determinado es tanto mayor cuanto más elevada es la

masa de dic"o cuerpo y es proporcional a lo que se denomina calor especifico de la

sustancia de que está constituido.

)uando se calienta un cuerpo en uno de sus puntos, el calor se propaga a los que son

pró*imos y la diferencia de temperatura entre el punto calentado directamente y otro

situado a cierta distancia es tanto menor cuando mejor conducto del calor es dic"o cuerpo.

%$

http://www.monografias.com/trabajos6/dige/dige.shtml#evohttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/dige/dige.shtml#evohttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtml


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-'Au")or( -

'i la conductibilidad térmica de un cuerpo es peque2a, la transmisión del calor se

manifiesta por un descenso rápido de la temperatura entre el punto calentado y otro

pró*imo. Así sucede con el vidrio, la porcelana, el cauc"o, etc. n el caso contrario, por

ejemplo con metales como el cobre y la plata, la conductibilidad térmica es muy grande y la

disminución de temperatura entre un punto calentado y el otro pró*imo es muy reducida.

'e desprende de lo anterior que el estudio del calor sólo puede "acerse después de "aber

definido de una manera e*acta los dos términos relativos al propio calor, es decir, la

temperatura, que se e*presa en grados, y la cantidad de calor, que se e*presa en calorías.

?abrá que definir después algunas propiedades específicas de los cuerpos en su manera

de comportarse con respecto al calor y la conductibilidad térmica.

E!CALA! "E ME"ICI#$ "E LA TEMPERATRA

#as dos escalas de temperatura de uso com!n son la )elsius 3llamada anteriormente

BcentígradaBB4 y la :a"ren"eit. stas se encuentran definidas en términos de la escala

Celvin, que es las escala fundamental de temperatura en la ciencia.

#a escala )elsius de temperatura usa la unidad Bgrado )elsiusBB 3símbolo >)4, igual a la

unidad BCelvinBB. &or esto, los intervalos de temperatura tienen el mismo valor numérico en

las escalas )elsius y Celvin. #a definición original de la escala )elsius se "a sustituido por

otra que es más conveniente. 'í "acemos que 0c represente la escala de temperatura,

entonces$ 0c 0 E 6F7.5G>

relaciona la temperatura )elsius 0c 3>)4 y la temperatura Celvin 03C4. emos que el punto

triple del agua 36F7.5HC por definición4, corresponde a >.>5>). #a escala )elsius se

definió de tal manera que la temperatura a la que el "ielo y el aire saturado con agua se

encuentran en equilibrio a la presión atmosférica E el llamado punto de "ielo E es >.>> >) y

la temperatura a la que el vapor y el agua liquida, están en equilibrio a 5 atm de presión Eel

llamado punto del vaporE es de 5>>.>> >). #a escala :a"ren"eit, todavía se usa en algunos países que emplean el idioma ingles

aunque usualmente no se usa en el trabajo científico. 'e define que la relación entre las

escalas :a"ren"eit y )elsius es$

De esta relación podemos concluir que el punto del "ielo 3>.>>>)4 es igual a 76.> >:, y que

el punto del vapor 35>>.>>)4 es igual a 656.> >:, y que un grado :a"ren"eit es

e*actamente igual del tama2o de un grado )elsius.

%%

http://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/caucho-sbr/caucho-sbr.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/trabajos15/la-estadistica/la-estadistica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/fciencia/fciencia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/caucho-sbr/caucho-sbr.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#COBREhttp://www.monografias.com/trabajos15/la-estadistica/la-estadistica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/fciencia/fciencia.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtml


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-'Au")or( -

TEOR%A CI$&TICA "E LO! 'A!E!.

#a termodinámica se ocupa solo de variables microscópicas, como la presión, la

temperatura y el volumen. 'us leyes básicas, e*presadas en términos de dic"as

cantidades, no se ocupan para nada de que la materia esta formada por átomos. 'in

embargo, la mecánica estadística, que estudia las mismas áreas de la ciencia que la

termodinámica, presupone la e*istencia de los átomos. 'us leyes básicas son las leyes de

la mecánica, las que se aplican en los átomos que forman el sistema.

8o e*iste una computadora electrónica que pueda resolver el problema de aplicar las

leyes de la mecánica individualmente a todos los átomos que se encuentran en una botella

de o*igeno, por ejemplo. Aun si el problema pudiera resolverse, los resultados de estos

cálculos serian demasiados voluminosos para ser !tiles.

Afortunadamente, no son importantes las "istorias individuales detalladas de los átomos

que "ay en un gas, si sólo se trata de determinar el comportamiento microscópico del gas.

Así, aplicamos las leyes de la mecánica estadísticamente con lo que nos damos cuenta de

que podemos e*presar todas las variables termodinámica como promedios adecuados de

las propiedades atómicas. &or ejemplo, la presión ejercida por un gas sobre las paredes de

un recipiente es la rapide( media, por unidad de área, a la que los átomos de gas

transmiten ímpetu a la pared, mientras c"ocan con ella. n realidad el numero de átomos

en un sistema microscópico, casi siempre es tan grande, que estos promedios definen

perfectamente las cantidades.

&odemos aplicar las leyes de la mecánica estadísticamente a grupos de átomos en dos

niveles diferentes. Al nivel llamado teoría cinética, en el que procederemos en una forma

más física, usando para promediar técnicas matemáticas bastantes simples.

n otro nivel, podemos aplicar las leyes de la mecánica usando técnicas que son más

formales y abstractas que las de la teoría cinética. ste enfoque desarrollado por I. Jillardibbs 35K7


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-'Au")or( -

as ideal $ 1na descripción macroscópica.

?agamos que cierta cantidad de gas esté confinada en un recipiente del volumen . s

claro que podemos reducir su densidad, retirando algo de gas en el recipiente, o colocando

el gas en un recipiente más grande. ncontramos e*perimentalmente que a densidades lo

bastante peque2as, todos los gases tienden a mostrar ciertas relaciones simples entre las

variables termodinámicas p, y 0. sto sugiere el concepto de un gas ideal, uno que tendrá

el mismo comportamiento simple, bajo todas las condiciones de temperatura y presión.

Dado cualquier gas en un estado de equilibrio térmico, podemos medir su presión p, su

temperatura 0 y su volumen . &ara valores suficientes peque2os la densidad, los

e*perimentos demuestran que 354 para una masa dada de gas que se mantiene a

temperatura constante, la presión es inversamente proporcional al volumen 3ley de -oyle4,

y 364 para una masa dada de gas que se mantiene a presión constante, el volumen es

directamente proporcional a la temperatura 3ley de )"arles y ay #ussac4. &odemos

resumir estos resultados e*perimentales por medio de la relación$

una constante 3para una masa fija de gas4.

l volumen ocupado por un gas a una presión y temperaturas dadas, es proporcional a la

masa del gas. Así, la constante de la ecuación una constante, también debe ser

proporcional a la masa del gas, por ello escribimos la constante de la ecuación una

constante; como nN, donde n es el numero de moles de gas en la muestra y N es una

constante que debe determinarse en forma e*perimental para cada gas. #os e*perimentos

demuestran que, a densidades suficientes peque2as, N tiene el mismo valor para todos los

gases, a saber,

NK.75M IOmol C 5.


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-'Au")or( -

'i pudieramos llenar al bulbo de un termonetro de gas 3ideal4 a volumen constante, un gas

ideal, de veriamos, deacuerdo con la ecuación pnN0, que podemos definir la

temperatura en terminos de sus lecturas de presión; esto es$ 3gas ideal4.

Aquí es la presión del gas en el punto triple del agua, en el que la temperatura es por

definición 6F7.5H C. n la practica, debemos llenar nuestro termometro con un gas real y

medir la temperatura e*trapolando a la densidad cero, usando la ecuación$

3gas real4.

as ideal$ una descripción microscópica.

Desde el punto de vista microscópico, definimos a un gas ideal "aciendo las siguientes

suposiciones, con lo que nuestra tarea será la de aplicar las leyes de la mecánica clásica,

estadísticamente, a los átomos del gas y demostrar que nuestra definición microscópica es

consecuente con la definición macroscópica de la sección procedente$

5.E 1n gas esta formado por partículas llamadas moléculas. Dependiendo del gas, cada

molécula esta formada por un átomo o un grupo de átomos. 'i el gas es un elemento o un

compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas.

6.E #as moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen las leyes

de 8eLton del movimiento. #as moléculas se mueven en todas direcciones y a velocidades

diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica

neLtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico. )omo para todas nuestras

suposiciones, esta mantendrá o desec"ara, dependiendo de si los "ec"os e*perimentales

indican o no que nuestras predicciones son correctas.

7.E l numero total de moléculas es grande. #a dirección y la rapide( del movimiento de

cualquiera de las moléculas puede cambiar bruscamente en los c"oques con las paredes o

con otras moléculas. )ualquiera de las moléculas en particular, seguirá una trayectoria de

(ig(ag, debido a dic"os c"oques. 'in embargo, como "ay muc"as moléculas, suponemosque el gran numero de c"oques resultante mantiene una distribución total de las

velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio,

M.E l volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente peque2a del volumen

ocupado por el gas. Aunque "ay muc"as moléculas, son e*tremadamente peque2as.

'abemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy

amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el

liquido puede ser miles de veces menor que la del gas se condensa, el volumen ocupado

%+

http://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/sirisaac/sirisaac.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/sirisaac/sirisaac.shtml


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-'Au")or( -

por el liquido puede ser miles de veces menor que el del gas. De aquí que nuestra

suposición es posible.

G.E 8o act!an fuer(as apreciables sobre las moléculas, e*cepto durante los c"oques. n el

grado de que esto sea cierto, una molécula se moverá con velocidad uniformemente los

c"oques. )omo "emos supuesto que las moléculas son tan peque2as, la distancia media

entre ellas es grande en comparación con el tama2o de una de las moléculas. De aquí que

suponemos que el alcance de las fuer(as moleculares es comparable al tama2o molecular.

H.E #os c"oques son elásticos y de duración despreciable. n las c"oques entre las

moléculas con las paredes del recipiente se conserva el ímpetu y 3suponemos4la energía

cinética. Debido a que el tiempo de c"oque es despreciable comparado con el tiempo que

transcurre entre los c"oques de moléculas, la energía cinética que se convierte en energía

potencial durante el c"oque, queda disponible de nuevo como energía cinética, después de

un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.

&ara que una sustancia cambie de fase, es necesario suministrale o e*traerle una cierta

cantidad de calor. 'i el cambio de fase se produce a presión constante, este calor no se

traduce en un incremento de temperatura, y se denomina calor latente.

ECACI#$ "E E!TA"O "E (A$ "ER )AAL!

8o e*iste una !nica ecuación de estado que describa el comportamiento de todas las

sustancias reales para todas las condiciones de presión y temperatura. A lo largo del

tiempo se "an propuesto distintas ecuaciones de estado, siendo la más sencilla la

de van der Jaals, por la que recibió el premio 8obel de :ísica en 5.

%&

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/calor.html#latentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Johannes_van_der_Waalshttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/calor.html#latentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Johannes_van_der_Waals


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-'Au")or( -

#a ecuación de van der Jaals es una modificación de la ecuación de estado de un gas

ideal en la que se tiene en cuenta tanto el volumen de las moléculas como las

interacciones entre ellas. 0iene la forma$

#as constantes a y b dependen del gas cuyo comportamiento se esté describiendo. n

la siguiente animación se "an representado las isotermas de la ecuación de van der

Jaals para el o*ígeno 3en rojo4 junto con las isotermas de un gas ideal 3en a(ul4.

)omo puede observarse, para valores altos de la temperatura y para valores bajos de la

presión ambas ecuaciones dan el mismo comportamiento. &or otra parte, la ecuación de

van der Jaals describe la (ona de las isotermas que corresponden al estado líquido

3(ona de la i(quierda de pendiente elevada4, mientras que no funcionan para la (ona de

las isotermas 3recta "ori(ontal de las isotermas de AndreLs4 que se encuentra por

debajo de la curva de saturación. #a isoterma crítica del o*ígeno corresponde a una

temperatura de apro*imadamente E55K9).

%,


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-'Au")or( -

PROCE!O E*PERIME$TAL

MATERIALE!

!iga So0or"e Uni1ersal

2ubo Ca0ilar 2ubo Neumom3"ri4o

Am0olla 5e Ni1el 6egla

%


18/47

-'Au")or( -

2ermome"ro Ma"ra7 8al9n

aso 5e Pre4i0i"ado Me4)ero

%.


19/47

-'Au")or( -

CALCLO! Y RE!LTA"O!

Proceso isot+rmico(o,umen muerto - /.0m,

%/


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-'Au")or( -

Procesoisocoro

CE!TIO$ARIO

PROCE!O I!OT&RMICO

. (eri1icar ,a ,e2 de 3o2,e4 5ara ,o cua, se6uiremos ,os si6uientes 5asos:a. Conversión de ,as 5resiones manom+tricas de co,umna de a6ua a co,umna de

mercurio 76 8Torr9.!o,.

'abemos que la presión manométrica es$

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

Donde$

0 2

O=1000 2g /&3

g=9.81

&/#2

#$


21/47

-'Au")or( -

'e sabe también que$

760Torr=101300 Pa#"al( N /&2)

&rocedemos a reali(ar las operaciones respectivas$

Para ∆ 1=0.10&

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

P&=(1000 ) (9.81 ) (0.10 )

P&=981 Pa#"al

P&=981 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"al

P&=7.359921 torr

Para ∆ 1=0.20&

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

P&=(1000 ) (9.81 ) (0.20 )

P&=1962 pa#"al

P&=1962 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"al

#%


22/47

-'Au")or( -

P&=14,719842 torr

• Para ∆ 1=0.30&

P&=( 0 2O ) ( g) (∆ 1 )

P&=(1000 ) (9.81 ) (0.30 )

P&=2943 pa#"al

P&=2943 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"a l

P&=22.07976Torr

Para ∆ 1=0.40&

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

P&=(1000 ) (9.81 ) (0.40 )

P&=3924 pa#"al

P&=3924 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"al

P&=29.4396 Torr

Para ∆ 1=−0.10&

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

##


23/47

-'Au")or( -

P&=(1000 ) (9.81 ) (−0.10 )

P&=−981 pa#"al

P&=−981 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"al

P&=−7.359921Torr

Para ∆ 1=−0.20&

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

P&=(1000 ) (9.81 ) (−0.20 )

P&=−1962 pa#"al

P&=−1962 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"al

P&=−14.71984 Torr

Para ∆ 1=−0.30&

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

P&=(1000 ) (9.81 ) (−0.30 )

P&=−2943 pa#"al

P&=−2943 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"al

#*


24/47

-'Au")or( -

P&=−22.07976 Torr

Para ∆ 1=−0.40&

P&=( 0 2O ) ( g ) (∆ 1 )

P&=(1000 ) (9.81 ) (−0.40 )

P&=−3924 pa#"al

P&=−3924 Pa#"al∗760Torr101300 Pa#"al

P&=−29.43968 Torr

1na ve( "ec"o las operaciones, procedemos a ordenar los datos en el siguiente cuadro$

ALTRA 8m9 PMA$OM&TRICA 8Pa9 PMA$OM&TRICA 8TORR9.


25/47

-'Au")or( -

Pab#ol+ta= Pat&o#3-r$"a+ P&ano&-tr$"a

Donde$

Pat&o#3-r$"a=752.1Torr

ALTRA 8m9 PMA$OM&TRICA 8TORR9 PA3!OLTA 8TORR9

. F.7G


26/47

-'Au")or( -

.>>F<=./ F7F.7K>5H> F5>.HM>5H>=.; F7>.>6>6M F>7.6K>6M=.76 H?medo$

A,tura 8cm9 (o,umen 8m,9 (o,umen Muerto 8m,9 (o,umentota,8m,9

. MM.> 56.6G GH.6G. M7.G 56.6G GG.FG./ M7.> 56.6G GG.6G.; M6.G 56.6G GM.FG. 56.6G GM.6G=. MM.G 56.6G GH.FG=./ MG.> 56.6G GF.6G

=.; MG.H 56.6G GF.KG=.


27/47

-'Au")or( -

#a /edia sería$

Me=∑$=1

n

P$ V $

n

Me=326.331123

8

Me=¿ M>.F7


28/47

-'Au")or( -


29/47

-'Au")or( -

A,tura 8m9 P( n

. M>.KM.KK.MG 2.19123 710−3

=./ M>.HKM5M.HKMFH5< 2.18791 7 10−3

=..H>HF 2.18373 710−3

#a media será$

n&e!=2.19365 710−3

)alculamos la desviación estándar$

∆ (n $ )=|n$−n&e!|

n&e! 7100

)on lo cual reali(amos la siguiente tabla$

n n&e! |n$−n&e!|n&e!

|n$−n&e!|n&e!

7100

2.19675 710−3

2.19365 710−3

7.5>G7K 710−3 >.755GK

2.19892 7 10−3

2.19365 710−3

G.6F56< 710−3 >.G6F56

2.20069 7 10−3

2.19365 710−3

F.>M5M5 710−3 >.F>M5M

2.20206 710−3

2.19365 710−3

8.41574 710−3 >.KM5GF

#/


30/47

-'Au")or( -

2.19123 710−3

2.19365 710−3 −2.41384 7 10−3 E>.6M57K

2.18788 710−3

2.19365 710−3 −5.76714 7 10−3 E>.GFHF5

2.18791 7 10−3

2.19365 710−3 −5.73419 710−3 E>.GF7M5

2.18373 710−3

2.19365 710−3 −9.91867 7 10−3 E>.asta 1=0 620

*$


31/47

-'Au")or( -

W =nRT lnV 3

V 2

W = (2.19892 7 10−3 ) (8.314)(298) ln 0.05525

0.05575

W =−0.04908 8

"esde 1=0 620 >asta 1=0 630 :

W =nRT lnV 4

V 3

W = (2.20069 7 10−3 ) (8.314 )(298) ln 0.054750.05525

W =−0.04956 8

"esde 1=30 >asta 1=40 :

W =nRT lnV 5

V 4

W = (2.20206

710

−3

) (8.314

)(298

)ln 0.05425

0.05475

W =−0.05005 8

"esde 1=0 >asta 1=−0 610 :

W =nRT lnV

6

V 5

W = (2.19123 7 10−3 ) (8.314)(298) ln 0.056750.05425

W =0.24458 8

"esde 1=−0 610 >asta 1=−0 620 :

W =nRT lnV

7

V 6

*%


32/47

-'Au")or( -

W = (2.18788 7 10−3 ) (8.314 )(298) ln 0.057250.05675

W =0.047548

"esde 1=−0 620 >asta 1=−0 630 :

W =nRT lnV 8

V 7

W = (2.18791 7 10−3 ) ( 8.314 )(298) ln 0.057850.05725

W =0.05651

8

"esde 1=−0 630 >asta 1=−0 640 :

W =n RT lnV 9

V 8

W = (2.18373 7 10−3 ) (8.314 )(298) ln 0.058350.05785

W =0.046568


33/47

-'Au")or( -

Q= W

4.186

• "esde 1=0 >asta 1=0 610 :

Q=−0.048594.186

Q=−11.60774 7 10−3 "al

"esde 1=0 610 >asta 1=0 620 :

Q=−0.04908

4.186

Q=−0.011724 "al

"esde 1=0 620 >asta 1=0 630 :

Q=−0.04956

4.186

Q=−11.83946 710−3"al

"esde 1=0 630 >asta 1=0 640 :

Q=−0.05005

4.186

Q=−0.011956 "al

"esde 1=0 >asta 1=−0 610 :

Q=0.24458

4.186

Q=0.058428 "al

"esde 1=−0 610 >asta 1=−0 620 :

Q=0.04754

4.186

Q=0.011356 "al

**


34/47

-'Au")or( -

"esde 1=−0 620 >asta 1=−0 630 :

Q=0.05651

4.186

Q=0.013499 "al

"esde 1=−0 630 >asta 1=−0 640 :

Q=0.04656

4.186

Q=0.011122 "al


35/47

-'Au")or( -

"esde 1=0 610 >asta 1=0 620 :

∆ S=−0.011724

298

∆ S=−3.9342 710−5

"esde 1=0 620 >asta 1=0 630 :

∆ S=−11.83946 710−3

298

∆ S=−3.9729 710−5

"esde 1=0 630 >asta 1=0 640 :

∆ S=0.011956

298

∆ S=4.0120 710−5

"esde 1=0 >asta 1=−0 610 :

∆ S=

0.058428

298

∆ S=1.96067 7 10−4

"esde 1=−0 610 >asta 1=−0 620 :

∆ S=0.011356

298

∆ S=3.8107 7 10−5

"esde 1=−0 620 >asta 1=−0 630 :

∆ S=0.013499

298

∆ S=4.5298 710−5

*&


36/47

-'Au")or( -

"esde 1=−0 630 >asta 1=−0 640 :

∆ S=0.011122

298

∆ S=3.7322 710−5

B. CJLCLO "E ∆ A 8OLE!9

'olución$ ∆ A=−T ( W T )=−9

"esde 1=0 >asta 1=0 610 :

∆ A=0.04859 8

"esde 1=0 610 >asta 1=0 620 :

∆ A=0.04908 8

"esde 1=0 620 >asta 1=0 630 :

∆ A=0.04956 8

"esde 1=0 630 >asta 1=0 640 :

∆ A=0.05005 8

"esde 1=0 >asta 1=−0 610 :

∆ A=−0.24458 8

"esde 1=−0 610 >asta 1=−0 620 :

∆ A=−0.04754 8

"esde 1=−0 620 >asta 1=−0 630 :

∆ A=−0.05651 8

"esde 1=−0 630 >asta 1=−0 640 :

∆ A=−0.04656 8

*,


37/47

-'Au")or( -

. CJLCLO "E ∆ G 8CAL9:

!o,.

∆ G=−T

(Q

T

)=−Q

"esde 1=0 >asta 1=0 610 :

∆ G=11.60774 710−3 "al

"esde 1=0 610 >asta 1=0 620 :

∆ G=0.011724

"al

"esde 1=0 620 >asta 1=0 630 :

∆ G=11.83946 710−3 "al

"esde 1=0 630 >asta 1=0 640 :

∆ G=0.011956"al

"esde 1=0 >asta 1=−0 610 :

∆ G=−0.058428 "al

"esde 1=−0 610 >asta 1=−0 620 :

∆ G=−0.011356 "al

"esde 1=−0 620 >asta 1=−0 630 :

∆ G=−0.013499 "al

"esde 1=−0 630 >asta 1=−0 640 :

∆ G=−0.011122 "al

*


38/47

-'Au")or( -

PROCESO ISOCÓRICO

@rdenamos los datos obtenidos en el laboratorio$

V &e!$!o(&l) V &+erto(&l) V total(&l) T (5 2 )

;;. 56 MG.> 67

;;.0 56 MG.5G 7>K

;;./ 56 MG.6> 757

;;./0 56 MG.6G 75K

;;.; 56 MG.7> 767

. $?mero de mo,es 8mo,=6r9 5ara cada eta5a 2 desviación estDndar res5ecto a ,a media.'olución$

n= PV

RT

Donde$

P=752.1Torr 4 R=62.4 Torr 6l

&ol62

V total(&l) T (5 2 ) N 5 DE MOLES (n)

HHMF 710−3

75.F5>66 710

−3

K 5.FHHKM775 710−3

GMM7H 710

−3

F6M6 710−3

*.


39/47

-'Au")or( -


40/47

-'Au")or( -

Interva,o )

/@ a ;;K >.>5>57> I

;; a ;@K >.>>G>HG I

;@ a ;;K >.>>G>HG I;; a ;@K >.>>G>HG I

;@ a ;/;K >.>>G>HG I

#os valores del trabajo para cada etapa son apro*imadamente cero, esto comprueba que los gases

trabajados son Pno idealesQ, ya que para gases ideales el PJQ es cero.

;. Ca,or 8ca,9 5ara cada eta5a:'olución$?allamos el calor$

Q=n C % ∆ T

Donde$

C %= 4.9"al

&ol 65 2

"esde T =2985 2 a T =303 5 2 :

Q=(1.82006647 710−3 ) (4.9 )(303−298)

Q=0.04459162 "al

"esde T =3035 2 a T =308 5 2 :

Q=(1.79401022 710−3 ) (4.9 )(308−303)

Q=0.0439532 "al

"esde T =3085 2 a T =3135 2 :

Q=(1.76684331 :10−3 ) (4.9 )(313−308)

Q=0.04328766 "al

"esde T =3135 2 a T =3185 2 :

+$


41/47

-'Au")or( -

Q=(1.74054436 :10−3 ) (4.9 )(318−313)

Q=0.042643336 "al

"esde T =3185 2 a T =3235 2 :

Q=(1.71507242 :10−3 ) (4.9 )(323−318)

Q=0.042019274 "al


42/47

-'Au")or( -

∆ E=0.0414338 "al

"esde T =3185 2 a T =3235 2 :

∆ E=0.042019274−0.0012095

∆ E=0.04080977 "al

&ara poder calcular la entalpía "aremos uso de$

∆ =∆ E+W =Q

"esde T =298

5 2 a T =303

5 2 :∆ =0.04459162"al

"esde T =3035 2 a T =3085 2 :

∆ =0.0439532"al

"esde T =3085 2 a T =3135 2 :

∆ =0.04328766 "al

"esde T =3135 2 a T =3185 2 :

∆ =0.042643336 "al

"esde T =3185 2 a T =3235 2 :

∆ =0.042019274 "al

0. CD,cu,o de ∆ S 5ara cada eta5a. Asuma Nue ∆ S en sus condiciones inicia,es es

cero.

De acuerdo a la definición de entropía, tenemos$

∆ S=∆ S 5+∫(C %T )!T

+#


43/47

-'Au")or( -

∆ S=0+∫(C %T )!T

∆ S=C % lnT 2

T 1C %=

4.9"al

&ol652

Para: T =3035 2

∆ S303 5 2 =4.9 ln

303

298

∆ S303 5 2 =0.08153

Para: T =3085 2

∆ S308 5 2 =4.9 ln

308

298

∆ S308 5 2 =0.1617

Para: T =3135 2

∆ S313 5 2 =4.9 ln

313

298

∆ S313 5 2 =0.2406

Para: T =3185 2

∆ S318 5 2 =4.9 ln 318298

∆ S318 5 2 =0.3182

Para: T =3235 2

∆ S323 5 2 =4.9 ln 323

297.5

+*


44/47

-'Au")or( -

∆ S323 5 2 =0.3947

.= 'ra1iNue ,os incrementos de ! en e, eje * 2 ,as tem5eraturas corres5ondientes en

e, eje Y4 enumere sus 5untos a 5artir de sus condiciones inicia,es. Cómo varGa ∆ S

cuando aumenta T 2 cómo aumenta P'olución$

$$& $% $%& $# $#& $* $*& $+ $+&#/$

#/&

*$$

*$&

*%$

*%&

*#$

*#&

∆ vs %

VARIACI&N DE !A EN%RP'A

%E$PERA%URA (

)uando la temperatura aumenta la variación de la entropía crece de manera lineal.

++


45/47

-'Au")or( -

O3!ER(ACIO$E! Y CO$CL!IO$E!

• n el e*perimento reali(ado tratamos a los gases como gases con comportamientoideal, además de tratar al sistema como un sistema cerrado, por lo tanto no "aypérdida de energía ni de masa.

• A partir de los resultados obtenidos e*perimentalmente pudimos comprobar de unamanera sencilla las leyes de -oyle y ay lussac.

• #as leyes de -oyle y ay #ussac son muy sencillas de demostrar y aplicándolo a

gases reales los resultados no varían muc"o si los aplicáramos a gases ideales.

• n la parte de cerrar el conector de goma con una pin(a se puede utili(ar cualquier instrumento que no deje que entre ni salga aire de nuestro sistema nosotrosutili(amos una #+A.

• #as burbujas dentro del tubo de goma se tienen que ser e*pulsadas una maneramas rápida; se consigue presionando continuamente el tubo "asta lograr el ascensoe dic"as burbujas.

+&


46/47

-'Au")or( -

RECOME$"ACIO$E!:

• 0ener muc"o cuidado con los materiales porque son muy frágiles y el costo es muyalto.

• 0ener la mayor precisión al calcular el volumen muerto.

• liminar todas las burbujas de aire del tubo de goma para que no "ayan errores enel cálculo de la presión.

3I3LIO'RAF%A

• R1S/+)A A8A#S0+)A A+)ADA 'e*ta dición Autor$ 0a"!r +1. olgel

• :S'+)@ER1S/+)A 'egunda dición Autor$ astón &ons /uso

:S'+)@ER1S/+)A 'egunda edición. Autor$ ilbert J. )astellan. Addison Jesley

#ongman

• :+'+)@R1+/+)A 'egunda dición Autor$ #evine,/c aLE?ill

+,


47/47

-'Au")or( -

informe fisico quimico # 2

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