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8/16/2019 tema2a.doc

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GeneralGeneral

Fig. 1

2_A ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA – GASES2. Estados de la Materia 2.1 Estado Slido 2.2 Estado L!"#ido

2.$ %las&a 2.' Co(de(sado de )ose*Ei(stei( 2.+ ESTADO GASEOSO 2.+.1 %ro,iedades de los gases

2.+.2 A(-lisis de aria/les 2.+.$ Teor!a Ci(0tio Mole#lar 2.+.' Lees de los Gases

2.+.+ E#ai( ge(eral de los Gases Ideales 2.+.3 Este"#io&etr!a de Gases

2. ESTADOS DE LA MATERIA.* La Materia se presenta básicamente en tres estados, los cuales son: sólido, líquido y gaseoso.En la siguiente tabla se presentan algunas características físicas de dichos estados de agregación.

Ta/la 2.1

Estado de Agregai( Sólido Líquido as

4ol#&e( !efinido !efinido "ndefinido

For&a !efinida "ndefinida "ndefinida

Co&,resi/ilidad "ncompresible "ncompresible #ompresible

Atrai( e(tre Mol0#las "ntensa Moderada !espreciable

Slido L!"#ido Gaseoso

2.1 ESTADO SÓLIDO.* Manteniendo constante la presión y a ba$a temperatura, los cuerpos se presentanen forma sólida, los átomos se encuentran entrela%ados &fig. '( formando generalmente estructuras

cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuer%as sin deformación aparente) son portanto agregados generalmente rígidos, duros y resistentes. *ambi+n eiste la materia semisólida. Lossólidos presentan propiedades específicas, tales como:

Elastiidad: -n sólido recupera su forma original despu+s de ser deformado. -n elástico o un resorte sonob$etos en los que podemos obserar esta propiedad.

Fragilidad: -n sólido puede romperse en muchos peda%os &ser quebradi%o(. /or E$.: #uando se quiebra un aso de idrio o unob$eto de greda.

D#re5a6 -n sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante presenta dicha propiedad &seg0n escalade Mohs, dure%a '1(, es una $oya aliosa, y es utili%ado para cortar idrios o perforar a las rocas más duras.

F7SIÓN.* La fusión es el paso de un sólido al estado líquido mediante un aumento de la temperatura o ariación de la presión. -nfenómeno opuesto a la fusión es la solidi8iai(. 2sta se reali%a a la misma temperatura que la fusión, con la 0nica diferencia de

que el intercambio de energía entre la sustancia y el ambiente es de sentido contrario, así mientras la fusión necesita energía, lasolidificación se reali%a desprendiendo energía.

S7)LIMACIÓN.* La presión de apor de un sólido aumenta con la temperatura. Si la presión de apor iguala a la presión eternasin haber alcan%ado la temperatura de fusión, el sólido pasa en masa al estado gaseoso.En el agua esto sucede a una presión inferior a 3,456 mm 7g y se llama Lio8ili5ai(9 +sta se utili%a para etraer el agua dedeterminadas sustancias orgánicas sin que pierdan sus propiedades y guardarlas fuera del frío, como las leches en polo.

2.2 ESTADO L:;7IDO.* "ncrementando la temperatura el sólido se a descomponiendo hasta desaparecer la estructura cristalina,alcan%ándose el estado líquido, cuya característica principal es la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que locontiene &tabla '(. Eiste a0n una cierta fuer%a de interacción entre los átomos del cuerpo &8ig. '(, aunque de mucha menorintensidad que en el caso de los sólidos. Estas fuer%as son las responsables de las propiedades características de los líquidos,como la isosidad, que es la fuer%a que se opone al moimiento relatio de unas partículas con respecto a las partículas

próimas, +sta aría con respecto la temperatura.E4A%ORACIÓN.* Las partículas pueden reali%ar el moimiento de traslación. Si una partícula incide en la superficie libre dellíquido con una elocidad suficiente y una dirección adecuada como para traspasar la barrera que supone la tensión superficial, escapa% de llegar al medio gaseoso y formar parte de +l.

E)7LLICIÓN.* #uando la presión de apor alcan%a la presión eterna se produce el paso masio de líquido a estado de apor. Laebullición se distingue de la eaporación en que reali%a a una temperatura fi$a característica de c9líquido.

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1er Semestre de Ingeniería Civil tema nº 2: estados de agregación Universidad Autónoma del Beni de la materia

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2.$ %LASMA.* Eiste un cuarto estado de la materia denominado ,las&a que se produce paratemperaturas y presiones etremadamente altas. Es el más abundante del -nierso. quí la grancantidad de energía hace que los impactos entre electrones sean tan iolentos que se separen deln0cleo. El plasma es, en definitia, un combinado de electrones libres y n0cleos positios. Losplasmas tienen la característica de ser conductores de la electricidad. Los tubos fluorescentesfuncionan con este principio. lgunos plasmas presentes en la naturale%a son el sol y la ionosfera.

2.' CONDENSADO DE )OSE*EINSTEIN.* ;tro estado de la materia es el condensado de 11' por este hecho(. Este estado se consigue a temperaturas cercanas al ceroabsoluto y se caracteri%a porque los átomos se encuentran todos en el mismo lugar, formando un superátomo. -n e$emplo sería:Si sentáramos a cien personas en una misma silla, pero no una encima de la otra, sino que ocupando el mismo espacio,estaríamos en presencia del condensado de 5 cmC ' L '111,111111 mL' DL '111,111 L ' mC '111,111111 L'!L '11,111 L ' mC C4,C'351 piesC

' L '1,111 dL ' alón C,5F4C11 L' L ',111 dmC ' L 1,1C4C'4 piesC

TEM%ERAT7RA.* La temperatura es la cantidad de calor que posee un cuerpo, por lo que se establece tambi+n como unamedida del niel t+rmico y se define como “la prpiedad de un cuerp $ue deter%ina el &lu' de calr".La temperatura pueda medirse en las escalas relatias: #entígrada o #elsius, G#, o 8ahrenheit, G8, o en las escalas absolutasAeliin, GA, o HanDine, GH. ./ara la aplicación de las diferentes leyes, la temperatura deberá ser epresada eclusiamente en unade las escalas absolutas. La relación que eiste entre las diferentes escalas iene dada por la siguiente relación:

9

67,491

5

15,7!

49

!

5

−°=

−°=

°=

−°=

° R K Rr F C

El interalo eistente entre el punto de congelación y el de ebullición del agua en la escala centígrada y en la Aelin es de '11G,mientras que el mismo interalo en la escala 8ahrenheit y HanDine es de 'F1G. En el estado gaseoso necesariamente debeconsiderarse la escala absoluta, debido a que el cero absoluto, =>5C,'4G#, representa una temperatura en la cual todo moimientomolecular cesa. -n gas antes de alcan%ar dicha temperatura se habrá conertido en líquido o sólido.

%RESIÓN.* Se define >o&o la 8#er5a "#e se e?ere ,or #(idad de -rea o s#,er8iie@. Matemáticamente iene epresada por:

A

F P

fuerzalaadistribuid est!ual la sobre "rea

reaunalarmente #er#endi!ua!t$a%ue Fuerzaesión == "#

#######

######Pr

La presión e$ercida por un gas puede hallarse obserando la altura de una columna de líquido sostenida por el gas en un tubocerrado. -n sencillo dispositio para reali%ar esta medición es el barómetro o el manómetro. /or lo tanto la presión e$ercida poruna columna de fluido es:Blog (comentarios, consultas): http://uabcivil.blogia.com Portal (bajar temas y otros): http://everyoneweb.com/paracorchosychalecos COMPILADO POR:



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GeneralGeneral

g & P 'ravedad fluidodel (ensidad Alturaesión C)C) ###"##Pr ρ =××=

final *olumen* final esión P ini!ial *olumen*

ini!ial esión P donde* P * P

#"#Pr "#"

#Pr #

1

111

===

==

Entre las unidades más importantes para medir la presión tenemos: atmósfera &atm(, milímetros de mercurio &mm 7g(, /ascal&/a(, torr, , Dg9cm>, etc., cuyas definiciones y equialencias importantes son:

7NIDAD E;7I4ALENCIA 7NIDAD E;7I4ALENCIA

' atm 51 torr ' 4I'1 dinas9cm> ' 4 /a ' /sia Lbf 9 pulg>

' atm '3,6F /sia ' /a ?9m>

' atm Ap 9 cm>

NMERO DE MOLES.* El n0mero de moles de una sustancia se define como >la relai( "#e e


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nt P P P P ###1 ++=

1

1

,

*

,

* =

y la ley de ay=Lussac, la cual afirma que: “A volumen y número de moles constantes la presión que soporta una determinada

masa de gas varía directamente con la temperatura absoluta”.

1

1

,

P

,

P = o ley de Expansión

-tili%ando estas leyes tenemos la ley combinada: “A n)%er de %les cnstantes el *lu%en $ue cupa una deter%inada

%asa de !as *aria in*ersa%ente cn la presi,n $ue sprta ( directa%ente cn la te%peratura a-sluta" .1

1

1

, P

, P

*

* =

LE DE DALTON O LE DE LAS %RESIONES %ARCIALES.* #uando un sistema contiene una me%cla de arios gases la presi,n ttal del siste%a es i!ual a la su%a de las presines indi*iduales de c.u de ls !ases $ue c%pnen la %e/cla#

-na aplicación de la Ley de !alton sobre presiones parciales es el caso de un gas que se recoge sobre un líquido olátil,especialmente agua.

A%LICACIÓN DE LAS LEES DE LOS GASES.*E'e%pl 0# La presión del apor de agua a >4G# es de >C,F torr. Epr+sela en a( atmósferas, b( DilopascalesSol#i(6 utili%amos la tabla de equialencias para ambos incisos

-Pa Pa

-Pa

atm

Pa

torr

atmtorr batm

torr

atmtorr a #17!$7!6%,!

#1$$$

#1&

#1

#1$1!5&

#76$

#1%,!)#$!1!1579,$

#76$

#1%,!) ==

E'e%pl 1# -na masa de oigeno ocupa 31 pies C a 54F torr. #alc0lese su olumen a C4 torr. Manteni+ndose la temperaturaconstante. Sol#i(6 plicando la relación olumen=presión.

!!

11 #74%$!,47

#6!5

#75%$ #ies

torr

torr #ies

P

P * * ===

E'e%pl 2. Si un gas ocupa '4,5 piesC a 1G8 y '3,5 lbf9pulg>, Kqu+ olumen ocupara a '11G8 y >4 lbf9pulg>

Sol#i(: plicando la relación olumen=presión=temperatura.

!

!

1

11

#94,9

7$56,%%&lg

5

9!,!1$&lg

7,14&7,15

#ies

K #u

lbf

K #u

lbf #ies

, P

, P * * =

°

°

==

'. La presión de un gas es de 51 torr, cuando su olumen mide >F4 ml, cual será el efecto sobre su presión si se le de$a

epandirse a C41 ml, a temperatura constante. Hpta.: 'F,F torr.>. #uantos globos esf+ricos de goma de litros de capacidad pueden llenarse en #? con el hidrógeno procedente de un tanqueque contiene >41 litros del mismo a FG8 y 4 atmosferas. Hpta.: '63 globos

C. -n matra% de un litro que esta a >5G# contiene una me%cla de C gases, , 41 y3>4 torr, respectiamente. ( calcular la presión total en grados torr.


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E?e&,lo . #alcular la cantidad de una muestra de iorbertita, cuya rique%a en Mg#;C es del 6C,FO, que se necesita paraobtener 4 litros de dióido de carbono medidos a '>G# y 53C torr por su reacción con un eceso de ácido clorhídrico.Solución: La reacción es Mg#;C N >7#l #;> N Mg#l> N 7>; la masa de #;> en las condiciones dadases: la masa de Mg#;C a partir de la reacción sera:

g +gC1 g +gC1

'iobertitam sera'iobertitaladeri%ueza )a

g C1 g

C1 g

+gC1 g m g

K mol K )atm

mol

g )atm

m

'iobertita

+gC1C1

#77%4,1%##61!4,17&'#%,9!

'#1$$#####

#61!99,17##194$4,9&

##$$9%,44

##!14,%4#194$4,9

%5&##$%1,$

$$9%,44&76$

74!

!

!

!

!

==

==⇒=

°°

=

'. #alcular el olumen de nitrógeno medidos a 'G# y 54> torr que se obtiene al calentar '> g de nitrito de amonio.La reacción descomposición es: ?73?;> N →φ ?> N >7>; Hpta.: 3,361C L

>. #alcular la pure%a de una muestra de carburo de calcio sabiendo que al tratar >,14 g de carburo de agua se obtienen 4 cm C

de acetileno medido sobre agua a >> G # y 53F torr. La presión de apor de agua a >>G# es de '6,F torr.Hpta.: F1,6''44F O

%ARA TOMAR EN C7ENTA9 A%RENDER E IN4ESTIGAR

Eiste un seto estado de la materia denominado Co(de(sado Fer&i(io, -n condensado fermiónico es una fase s#,er8l#ida

formada por partículas 8er&i(ias a temperaturas ba$as. Esta cercanamente relacionado con el condensado de


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GeneralGeneral

Práctica

n°6

'. -n mol de gas ocupa >>,3 L en #.?. a( Ku+ presión se requerirá para comprimir >>44 milimol de oígeno dentro de unrecipiente de F,5 !ecalitros mantenido a F6G#, b( K#uál será la temperatura #elsius máima permitida si esta cantidad de

oígeno se mantuiese en C galones a una presión no superior a F,4 atm., c( Ku+ capacidad se requerirá para mantenerse estamisma cantidad si las condiciones se fi$asen a >>1G8 y C4 atm.

>. Se recoge un olumen de C4 cmC de óido nitroso a C1G# sobre mercurio en un tubo graduado) el niel de mercurio dentro deltubo está 5',4 mm arriba del niel eterno del 7g cuando el barómetro marca 5'4 torr. a( #alc0lese el olumen de la misma masade gas en #.?., b( Ku+ olumen ocupará la misma masa de gas a C'1GA, si la presión barom+trica es de 5C5 torr y el niel de 7gdentro del tubo está >> mm por deba$o del niel en el eterior

C. -no de los criterios para considerar el hidrógeno como combustible para ehículos es lo compacto que resulta. #ompare eln0mero de átomos de hidrógeno por mmC que tiene en: a( 7> ba$o una presión de >> Mpa &megapascales( a C41GA) b( 7 líquido a3FG8 a una densidad de F4 Dg9mC ) c( el compuesto sólido !y#oC74 tiene una densidad de 6>'1 Dg9mC y todos sus hidrógenos sepueden utili%ar para la combustión.

3. Se anali%ó un meteorito de hierro en función de su contenido en argón isotópico. La cantidad de Cr fue de 1,C mmC .?.( porDg de meteorito. Si cada átomo de Cr se formó mediante un fenómeno cósmico 0nico K#uántos de estos fenómenos debenhaber ocurrido por Dg de meteorito. /.M. Cr X C6,63F

4. -n tanque de acero acío con álula para gases pesa C>1 lb. Su capacidad es de ',4 piesC. #uando el tanque se llena conoígeno hasta >111 lbf9pulg> a >4 Y# , Kqu+ porcenta$e del peso total del tanque lleno es ;>. Suponga la alide% de la ley de losgases ideales & ' atm de presión equiale a '3,5 lb f9pulg>(.

. -n hidrocarburo tiene la siguiente composición: # X F>,O, 7 X '5,C3O. La densidad del apor es de 1,C6134 g9L a C11GA y64 torr. #alcule su peso mol+cular y su fórmula mol+cular.

5. 7allar el olumen de hidrógeno medido sobre agua a 31G# y ',F5 atm, que se desprenden al calentar C>,3F6 g de silicio condisolución de sosa cáustica. La presión de apor del agua a 31G# es de 'C,F torr.La reacción es : Si N ?a;7 N 7>; ?a>Si;C N 7>

F. K#uántos gramos de A#L;C se necesitan para preparar 'F L de oígeno que se recogerán sobre agua a C.>Y# y 51 torr Lapresión del apor de agua a C>Y # es de '6.F torr.6. Se tratan '5F g de aluminio con >4 O de eceso de 7>S;3. La ecuación química para la reacción es:

l N 7>S;3 l> &S;3(C N 7>a( Ku+ olumen de ácido sulf0rico concentrado, de densidad ',F g9cmC y que contiene 6',4O de 7>S;3 se debe utili%ar b(Ku+ olumen de hidrógeno que se recogerá sobre agua a 3'Y# y 5F4 torr. La presión del apor de agua a 3' Y# es de '5,4 torr.

'1( l hidroli%ar una cierta cantidad de sulfuro de aluminio se forman 3,4 gramos de hidróido de aluminio, y se desprenden ',14Flitros de gas sulfhídrico, medidos secos a >1Y# y 54 torr. #alcular la fórmula empírica del sulfuro de aluminio.

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Se de/e reali5ar e( gr#,os de + Fea de e&isi(6 23 Mao2 Fea de e(trega6 Terer %arial
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