COMPENDIO-2014-II-FISICOQUIMICA-IMPRIMIR.docx

7/13/2019 COMPENDIO-2014-II-FISICOQUIMICA-IMPRIMIR.docx

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ING. VILMA REYEZ DE LA CRUZ

C

OMP

EN

DI

O


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CTEDRA : FISICOQUIMICA

CATEDRTICO : ING. CESAR LIMAS AMORIN

ALUMNOS : MENDOZA FALCON, Zayuri PACHECO VALENZUELA, !"#

ROAS AMARILLO, R!yQUISPE FLORENTINO,

Yu$i$

COMPENDIO


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QUI%ONES QUISPE, Au&u"'!

SEMESTRE : IV

HUANCAYO PER

DEDICATORIA


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A DIOS por brindarnos la paciencia y ganas de seguir creciendo

como personas y alumnos en esta vida universitaria, al ING, CESARLIAS AORIN !uien con esmero y dedicaci"n comparte susconocimientos para #ormar pro#esionales capaces y competitivosinculc$ndonos valores como la responsabilidad, puntualidad ysobretodo perseverancia%

NDICE GENERAL

INTRODUCCIN

I. CAPITULO I : TEORA CINTICA DE LOS GASES

SISTEMA DE UNA GASTEORA CINTICA DE LOS GASESECUACIN DE ESTADO DE LOS GASES REALESPROBLEMAS PROPUESTOS

II. CAPITULO II

LA TERMODINMICA Y LAS LEYES TERMODINMICASQUE ESTUDIA LA TERMO?EN QUE SE BASA LA TERMO?DE QUE TRATA LA LEY CERO?DE QUE TRATA EL EQUILIBRIO TERMODINMICOQUE ES UN SISTEMA?QUE ES UNA FASE?

QUE SE ENTIENDE POR PROPIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS? CUALES SON LOS PROCESOS TERMODINMICOS?

QUE NOS EXPLICA LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA?POSTULADOS DE LA PRIMERA LEY TERMODINMICATRABAJO

CALORENERGA INTERNACOMO ES LA RELACIN DE LOS PROCESOS TERMODINMICOS CON LA

PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA?

PROCESO ISOTRMICOPROCESO ISOBRICOPROCESO ISOMTRICO


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PROCESO CCLICO

PROCESO REVERSIBLESCAPACIDAD CALORFICA MOLAR DE LOS GASESPROCESO ADIABTICO O AISLADO TERMICAMENTE REVERSIBLE.PROBLEMAS PROPUESTOSQUE RELACIN TIENE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA Y LA

TERMOQUMICAENTALPIA ESTNDAR O NORMAL DE REACCINLEYES TERMOQUMICASENTALPIA NORMAL DE FORMACIN O CALOR DE FORMACION

ENTALPIA NORMAL DE COMBUSTINPROBLEMAS PROPUESTOSQUE ESTUDIA LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA?!

QUE ES LA ENTROPA?COMO SE DETERMINA LA ENTROPA?QUE EXPLICA EL CICLO DE CARNOT?PROCESO GENERAL DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO?

FUNCIONES DE GIBBS " #ELM#OLT$RELACIONES TERMODINAMICAS Y LAS FUNCIONES DE GIBBS "

#ELM#OLT$VARIACION DE LA ENERGIA DE GIBBS CON LA PRESION

TERCERA LEY DE LA TERMODINAMICAROBLEMAS PROPUESTOS

III. CAPITULO III

CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOSPRESION DE VAPORTENSION SUPERFICIAL

VISCOSIDADSOLUCIONES

SOLUCIONES NO ELECTROLITICASSOLUCIONES GAS EN LIQUIDOSSOLUCIONES LQUIDO " LIQUIDOSOLUCIONES DILUIDAS " PROPIEDADES COLIGATIVAS %!

DESCENSO DE LA PRESIONELEVACION O AUMENTO DEL PUNTO DEEBULLICION

EVALUACION DEL DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIONPRESION OSMOTICASOLUCIONES ELECTROLITICAS Y LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS


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SOLUCIONES ELECTROLITICAS

ELECTROQUIMICALEY DE FARADAYPROBLEMAS DE APLICACION

IV EXAMENES PARCIALES Y DE PROCESO

INTRODUCCIONEl compendio presentado en esta oportunidad es la recopilaci"n de todo el traba&oprogramado seg'n el silabo presentado por el c$tedra de #(sico !u(mica de la #acultadde ingenier(a en industrias alimentarias el ingeniero Cesar Limas Amorin durante elperiodo )*+-II%

El compendio desarrolla el marco te"rico de las siguientes unidades. los principiostermodin$micos de la materia. primera ley de la termodin$mica y sus aplicaciones,

termo!u(mica, segunda y tercera ley de la termodin$mica, estado li!uido, soluciones noelectrol(ticas, electrol(ticas y propiedades coligativas, electro!u(mica, e!uilibrio!u(mico %Esta teor(a nos sirve de apoyo para la resoluci"n de e&ercicios, el compendio


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tambi/n contiene seminarios de e&ercicios resueltos reali0ados por el ingeniero

encargado del curso%

O12E3I4O GENERAL.

Comprensi"n de conceptos b$sicos reali0ados en el curso de 5(sico 6u(mica ylograr !ue el alumno analice e interprete las propiedades, #en"menos y leyesb$sicas de la naturale0a y pueda aplicar en los e&ercicios aplicados en la carrerade industrias alimentarias%

O12E3I4OS ES7ECI5ICOS.

7resentar un traba&o !ue sirva de ayuda a todos los estudiantes !ue tenganinter/s en el curso de 5(sico !u(mica%

7resentar e&ercicios resueltos aplicados a la carrera !ue sirvan como base anuestros colegas de semestres in#eriores o superiores%

CAPITULO I


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TEORA CINTICA DE LOS GASES

SISTEMAS DE UN GAS

Los cuerpos en la Naturale0a se nos presentan en tres estados de agregaci"n

molecular. gaseoso, l(!uido y s"lido% El primer autor !ue emple" la palabra 8gas9, #ue

el belga 4AN :ELON3 ;+?, !ui/n la aplic" a 8esp(ritus desconocidos9

producidos al !uemar la madera% @n 8gas9 es la materia !ue posee la propiedad de


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llenar completamente un recipiente a una densidad uni#orme% De a!u(, no posee #orma

ni volumen de#inido%

Aun cuando nos pare0ca estar m$s #amiliari0ado con la materia en estado s"lido, los

gases y los l(!uidos obedecen a leyes muco m$s sencillas, lo cual podr(a

sorprendernos a simple vista, pero es un eco cient(#ico indudable% De estos dos

'ltimos estados de agregaci"n, los gases y los l(!uidos, es el estado gaseoso el !ue

est$ regido por leyes todav(a m$s sencillas, si bien ambos estados poseen un gran

n'mero de propiedades comunes, como por e&emplo la gran movilidad de sus

part(culas, !ue los distingue esencialmente del estado s"lido%

As( se observa la me0cla completa de gases y tambi/n de l(!uidos miscibles, debido a

la di#usi"n de sus componentes% El #en"meno de la di#usi"n constituye una importante

prueba en apoyo de la #ecunda teor(a de !ue la materia est$ constituida por

part(culas pe!ueB(simas llamadas mol/culas, cuyo movimiento permanente es la causa

de la di#usi"n%

TEORIA CINETICA DE LOS GASES

La teor(a cin/tica de los gases eplica las caracter(sticas y propiedades de la

materia en general, y establece !ue el calor y el movimiento est$n relacionados, !ue

las part(culas de toda materia est$n en movimiento asta cierto punto y !ue el calor

es una seBal de este movimiento%


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La teor(a cin/tica de los gases considera !ue los gases est$n compuestos por las

mol/culas, part(culas discretas, individuales y separadas% La distancia !ue eiste

entre estas part(culas es muy grande comparada con su propio tamaBo, y el volumen

total ocupado por tales corp'sculos es s"lo una #racci"n pe!ueBa del volumen

ocupado por todo el gas% por tanto, al considerar el volumen de un gas debe tenerse

en cuenta en primer lugar un espacio vac(o en ese volumen%

El gas de&a mucos espacios vac(os y esto eplica la alta comprensibilidad, la ba&a

densidad y la gran miscibilidad de unos con otros%

#AY QUE TENER EN CUENTA QUE:

+% No eisten #uer0as de atracci"n entre las mol/culas de un gas%

)% Las mol/culas de los gases se mueven constantemente en l(nea recta por lo !ue

poseen energ(a cin/tica%

% En el movimiento, las mol/culas de los gases cocan el$sticamente unas con otras y

con las paredes del recipiente !ue las contiene en una #orma per#ectamentealeatoria%


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% La #recuencia de las colisiones con las paredes del recipiente eplica la presi"n

!ue e&ercen los gases%


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La temperatura absoluta de un gas es una cantidad proporcional a la energ(a

cin/tica promedio de todas las mol/culas de un sistema gaseoso% @n aumento en la

temperatura del gas originara un movimiento m$s poderoso de las mol/culas, de

tal modo !ue si mantiene el volumen constante, aumentara la presi"n de dico gas%

PV=1

3M V

2=2

3EK=RT

ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES REALES

La epresi"n de la energ(a potencial ;Ep?, puede ser todo lo complicada !ue se

!uiera, pero cuando la #orma del po0o de potencial es sencilla, pueden obtenerse por

m/todos estad(sticos las ecuaciones de estado de los gases reales en ciertas

condiciones de presi"n y temperatura% Si suponemos !ue el po0o del potencial es

cuadrado, siendo & el di$metro molecular ;es#eras r(gidas impenetrables? y ;ad? elalcance de las #uer0as intermoleculares, podemos tomar como epresi"n para el po0o

de potencial, !ue corresponde con un po0o de potencial cuadrado, 5ig +;a?% Este tipo

de po0o de potencial ;cuya resoluci"n se estudia en ec$nica Estad(stica? conduce a

la ecuaci"n de 4an der Faals, de la #orma.

D"nde. ' y ( son las constantes de V') &*+ ,''-% De la ecuaci"n de 4an der Faals,

se pueden etraer dos tipos de deducciones%


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5igura *+% ;a? Comportamiento de un Gas Real ;b?Comportamiento de un Gas Ideal

a% 3odo sucede como si el volumen disponible para el movimiento de las mol/culas#uese ;v - b? debido al volumen no despreciable de las mismas%

b% La presi"n e#ectiva /P0 se reduce en '123 ya !ue las mol/culas pr"imas alcontenedor eperimentan una #uer0a acia el interior del gas, originada por laatracci"n intermolecular, !ue reduce la intensidad del co!ue de las mol/culascon la pared%

Esta ecuaci"n #ue la primera ecuaci"n c'bica de estado pr$ctico !ue propuesta

por 2%D% 4an der Faals en +=.

En esta ecuaci"n, ay bson constantes positivas cuando son cero, lo !ue seobtiene es la ecuaci"n del gas ideal dados los valores de ay bpara un #luido en

particular, puede calcularse 7 como una #unci"n de 4 para varios valores de 3%

En la #igura *), es un diagrama 74 donde se muestran tres de esas isotermas% La

curva sobrepuesta representa los estados de l(!uido y vapor saturados% 7ara la

isoterma 3+H3c, la presi"n es una #unci"n mon"tonamente decreciente con un

volumen molar creciente%


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La isoterma cr(tica ;!ue es la !ue est$ indicada con 3c? contiene el punto de

in#lei"n ori0ontal en C caracter(stico del punto cr(tico% 7ara la isoterma 3)3c,

la presi"n disminuye con rapide0 en la regi"n l(!uida con un aumento en 4 despu/s

de cru0ar la l(nea de l(!uido saturado, la curva pasa por un m(nimo, aumenta asta

un m$imo y luego disminuye, cru0ando la l(nea de vapor saturado y continuando

acia la regi"n de vapor%

5igura )- isotermas de 4an der Faals

Las isotermas eperimentales no eiben esta transici"n suave de la regi"n

l(!uida a la de vapor en su lugar, /stas contienen una l(nea ori0ontal dentro de laregi"n de dos #ases donde coeisten el l(!uido y el vapor saturados en distintas

proporciones a la presi"n de vapor o saturaci"n%

La ecuaci"n de 4an der Faals permite &usti#icar los cambios de estado, cuya

ra0"n debe buscarse en la tendencia general de la Naturale0a a las

con#iguraciones de estado de energ(a m(nima%


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Las constantes en esta ecuaci"n de estado pueden evaluarse mediante un a&uste

de los datos 743 disponibles% Sin embargo, al tratarse de una ecuaci"n c'bica

sencilla, las estimaciones adecuadas provienen de las constantes cr(ticas 3cy 7c%

7uesto !ue la isoterma cr(tica eibe una in#lei"n ori0ontal en el punto cr(tico,

entonces pueden imponerse las siguientes condiciones matem$ticas.

Donde el sub(ndice c denota el punto cr(tico%

La di#erenciaci"n de estas ecuaciones proporciona epresiones para ambas

derivadas, las cuales pueden igualarse a cero para 7J7c, 3J3cy 4J4c%

7or otra parte, la ecuaci"n de estado tambi/n puede escribirse para las

condiciones cr(ticas, obteni/ndose tres ecuaciones de las cinco constantes 7 c, 4c,

3c, a y b% Las epresiones !ue se obtienen son.

Aun!ue esta ecuaci"n tal ve0 no proporcione los me&ores valores posibles, ellos

son ra0onables y casi siempre pueden determinarse, debido a !ue a menudo se

conocen las temperaturas y presiones cr(ticas ;en contraste con los datos 743

etensos? o pueden estimarse de manera con#iable%

Los par$metros ' y ( de la ecuaci"n de 4an der Faals se determinan por

m/todos eperimentales para cada gas, cuando se aplica la ecuaci"n de estado acasos concretos, viniendo algunos valores representados en la 3abla *+%


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La ecuaci"n de 4an der Faals permite &usti#icar los cambios de estado, cuya

ra0"n debe buscarse en la tendencia general de la Naturale0a a las

con#iguraciones de estado de energ(a potencial m(nima, compatible con las

condiciones impuestas a los sistemas, puesto !ue en cual!uier otra ocasi"n eiste

un traba&o 'til !ue se puede desarrollar%

As(, en la licuaci"n, un gas tender(a a aproimar sus mol/culas, reali0ando un

traba&o positivo, y reduciendo en consecuencia su energ(a potencial Ep, por lo !ue,

a medida !ue se en#r(a el gas, su energ(a de atracci"n intermolecular llega a ser

dominante permitiendo un cambio de #ase, con un brusco salto o discontinuidad en

las magnitudes caracter(sticas de la materia% Seg'n esto, un gas per#ecto no

puede licuarse, por cuanto por de#inici"n, tiene una energ(a potencial interna Ep J

*, no eistiendo por lo tanto ninguna tendencia a la licuaci"n, ya !ue deber(a

disminuir a'n m$s su energ(a potencial, y esto ya no es posible por ser igual a

cero%


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LA TERMODINMICA Y LAS LEYES TERMODINMICAS

QU ESTUDIA LA TERMO?

3ermodin$mica, estudia el campo de la #(sica !ue describe y relaciona las propiedades

#(sicas de la materia de los sistemas macrosc"picos, as( como sus intercambios

energ/ticos% Los principios de la termodin$mica tienen una importancia #undamental para

todas las ramas de la ciencia y la ingenier(a

La termodin$mica, por de#inirla de una manera muy simple, #i&a su atenci"n en el interior

de lossistemas #(sicos, en los intercambios de energ(a en #orma de calor !ue se llevan a

cabo entre un sistema y otro% A las magnitudes macrosc"picas!ue se relacionan con el

estado interno de un sistema se les llama coordenadastermodin$micas /stas nos van a

ayudar a determinar la energ(a interna del sistema%

La termo, se desarroll" para estudiar la energ(a generada por e&emplo. de las m$!uinas

a vapor, m$!uinas de combusti"n interna, motores el/ctricos, etc% ;#igura *?% El

t/rmino /*)*+45'0, se entiende como la 8abilidad para reali0ar traba&o9, como tambi/n

se puede denotar como potencia, energ(a cin/tica, energ(a !u(mica, energ(a el/ctrica,

etc% La termo, se desarroll" entonces para predecir cu$nta energ(a genera al

combustionar el carb"n, la madera, al evaporar el agua, el consumo de g uevos, tocino,

+K) L de lece y toda sustancia !ue genere energ(a%

E) +*67*), el #in 'ltimo de la termodin$mica es encontrar entre las coordenadas

termodin$micas relaciones generales coerentes con los principios b$sicos de la #(sica

;recu/rdese el principio de la conservaci"n de la energ(a y !ue la energ(a se degrada al

ser utili0ada?%

Figura 03. MAQUINAS TERMICAS


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Turbinas de gas

EN QUE SE BASA LA TERMO?

La termo, basa sus an$lisis en las siguientes leyes. La Ley 8cero08re#erente al concepto

de temperatura, la 7rimera Ley de la termodin$mica, !ue nos abla del principio de

conservaci"n de la energ(a, la Segunda Ley de la termodin$mica, !ue nos de#ine a la

entrop(a% A continuaci"n vamos a ablar de cada una de estas leyes, aciendo incapi/ en

la segunda y tercera ley !ue estudian el concepto de entrop(a y la tercera ley% Estas

leyes se desarrollar$n, en #orma minuciosa y precisa.


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'. DE QU TRATA LA LEY CERO?

La Ley cero de la termodin$mica trata del e!uilibrio termodin$mico y de la temperatura%Esta Ley, nos dice !ue si tenemos dos cuerpos llamados A y 1, con di#erentetemperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado 8t9,estos alcan0ar$n la misma temperatura, es decir, tendr$n ambos la misma temperatura%Si luego un tercer cuerpo, !ue llamaremos C se pone en contacto con A y 1, tambi/nalcan0ar$ la misma temperatura y, por lo tanto, A, 1 y C tendr$n la misma temperatura

mientras est/n en contacto%

De este principio podemos inducir el de temperatura, la cual es una condici"n !ue cadacuerpo tiene y !ue el ombre a aprendido a medir mediante sistemas arbitrarios yescalas de re#erencia ;escalas termom/tricas. C, 5, M y R?

E N + , El #(sico y matem$tico brit$nico Filliam 3omson, Lord Melvin, establecela escala absoluta de temperatura% Esta escala, conocida como escala Melvin, adopta elcero absoluto ;la menor temperatura te"ricamente posible? como punto cero%

(. DE QU TRATA EL EQUILIBRIO TERMODINMICO?

El e!uilibrio termodin$mico trata de la igualdad o del valor constante en el sistema,

y se tiene tres #ormas de e!uilibrios.

E!uilibrio t/rmico. cuando la temperatura es constante%

E!uilibrio 6u(mico. cuando su composici"n del sistema no debe cambiar con el

tiempo%

E!uilibrio mec$nico. cuando en el sistema no debe eistir movimiento

macrosc"pico con relaci"n al entorno " sistemas limitantes%


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Denominamos, tambi/n, estado de e!uilibrio de un sistema cuando las variablesmacrosc"picas presi"n p, volumen 4, y temperatura 3, no cambian% El estado de e!uilibrio

es din$mico en el sentido de !ue los constituyentes del sistema se mueven

continuamente%

El estado del sistema se representa por un punto en un diagrama 7-4% 7odemos llevar al

sistema desde un estado inicial a otro #inal a trav/s de una sucesi"n de estados de

e!uilibrio%

9. QU ES UN SISTEMA?

Se entiende por sistema, a una porci"n limitada del universo para su estudio

termodin$mico% Se dividen en sistemas abierto, cerrado y aislado.

m$s no de materia ;masa?% Sistema abierto. cuando es posible la trans#erencia

de materia y energ(a con el entorno%

Sistema cerrado. cuando es posible la trans#erencia de energ(a Sistema aislado. cuando no es posible el intercambio de energ(a y masa con otro

sistema limitante%

&. QUE ES UNA FASE?

Se indica #ase, a cada parte omog/nea de cual!uier sistema !ue es separada por l(mites

#(sicos. s"lido, l(!uido y gaseoso%

*. QUE SE ENTIENDE POR PROPIEDAD EXTENSIVA E INTENSIVA?


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Las propiedades etensivas son las !ue dependen de la cantidad de sustancia omog/nea

o uni#orme presente y puede sumarse &untas% E&emplo. 4, @, S, G, etc%

En cambio las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de sustancia

omog/nea considera%

E&emplo. 4m, 7, 3% D, , etc%

. CULES SON LOS PROCESOS TERMODINMICOS?

7roceso Isot/rmico 7roceso Isob$rico

7roceso Isom/trico ; isoc"rico?

7roceso Isom$sico

7roceso Reversible

7roceso C(clico

7roceso Adiab$tico

QU NOS EXPLICA LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA?

La 7rimera ley de la termodin$mica se re#iere al estudio de la relaci"n intr(nseca entre

la *)*+45' ;)+% Nos dice !ue si sobre un sistema con una

determinada energ(a interna, se reali0a un traba&o mediante un proceso, la energ(a

interna del sistema variar$% A la di#erencia de la energ(a interna del sistema y a la

cantidad de traba&o le denominamos calor%

El calor es la energ(a trans#erida al sistema por medios no mec$nicos% 7ensemos !ue

nuestro sistema es un recipiente met$lico con agua podemos elevar la temperatura del

agua por #ricci"n con una cucara o por calentamiento directo en un mecero en el

primer caso, estamos aciendo un traba&o sobre el sistema y en el segundo le

transmitimos calor%

Cabe aclarar !ue la energ(a interna de un sistema, el TRABAJO y el CALORno son m$s

!ue di#erentes mani#estaciones de energ(a% E @>+ *> 6* -' *)*+45' )> * 9+*' ); *


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&* 6*8 &6+')9*> >-'7*)


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C*)


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Figura 05. Diagrama Presin s !"umen

9. CALOR:

La Cantidad de calor !ue absorbe o libera el sistema son di#erentes para

diversos procesos por lo tanto, el calor tambi/n no es una #unci"n del

estado%

&. ENERGIA INTERNA:

Es la energ(a de las mol/culas reali0adas por su movimiento rotacional,vibratorio y de traslaci"n% La #uer0a de atracci"n !ue las ace !ue las

mol/culas de los s"lidos y l(!uidos no se separen, tambi/n es una #orma de

reconocer la energ(a interna de la materia% Es muy inc"modo decir

eactamente !u/ es la energ(a interna pero, sin embargo medir cambios en

la energ(a interna son #$ciles de calcular%

Se denomina *)*+45' ;)


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cin/tica, los co!ues entre las mol/culas se suponen per#ectamente

el$sticos, la energ(a internasolamente depende de la temperatura%

ENERGIA INTERNA CALOR TRABAJO

;SIS3EAS CERRADOS?

CMO ES LA RELACION DE LOS PROCESOS TERMODINMICOS CON LAPRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA?

El di#erencial eacto en t/rminos de las derivadas parciales da.

Como el estado de un sistema !ueda #i&ado cuando las dos variables independientes

se #i&an, es de inter/s eaminar a!uellos procesos en los cuales el valor de una de

las variables independientes se mantiene constante y a la otra se le permite variar%

# U $ Q % &
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html#Definici%C3%B3n%20cin%C3%A9tica%20de%20la%20temperaturahttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html#Definici%C3%B3n%20cin%C3%A9tica%20de%20la%20temperatura


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De esta manera eaminaremos procesos en los cuales la temperatura 3 se mantiene

constante ;procesos isot/rmicos?, o la presi"n 7 se mantiene constante ;procesos

isob$ricos?, o el volumen 4 se mantiene constante ;procesos isoc"ricos?% 3ambi/n

eaminaremos los procesos adiab$ticos en los cuales !7J*%

En todo proceso termodin$mico es un cambio del estado, indicando el estado inicial

y #inal, sin importarle el recorrido " movimientos en su interior del sistema% Los

procesos a eaminar son.

'. PROCESO ISOTERMICO.Es el cambio de estado !ue se e#ect'a a temperatura constante%

3+J 3)J 3

(. PROCESO ISOBARICO. El cambio de estado se reali0a a presi"n constante%

7+J 7)J 7


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'. PROCESO ISOMTRICO. El cambio se reali0a a volumen constante, donde

el 4+J 4)J 4% 3ambi/n conocido como proceso isocorico " proceso isom/trico%

&. PROCESO CICLICO. Este proceso nos indica !ue el traba&o reali0ado por el

sistema, viene dado por el gasto de energ(a en #orma de calor de una #uente

de calor% Donde H@ J *%

*. PROCESO REVERSIBLES. Este tipo de procesos nos indica !ue se puedevolver de un estado #inal al estado inicial a las mismas condiciones de 7, 4 y

3% El proceso reversible se considera como una serie de e!uilibrios

sucesivos%

e.( E)PANSI*N IS*TERMICA REERSI+,E DE UN -AS.Si una expansin

se efecta reversiblemente, la P = n RT !" reempla#an$% en "


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e. AP*RI/ACI*N REERSI+,E DE UN ,IQUID*.

. CAPACIDAD CALORIFICA MOLARES DE LOS GASES

El concepto de capacidad calor(#ica se usa s"lo cuando la adici"n o sustracci"n de calor

del sistema produce un cambio de temperatura, este concepto no se utili0a cuando se

producen cambios de #ase% 7or e&emplo, si el sistema es una me0cla de ielo y agua a +

atm de presi"n y * C de temperatura, la adici"n de calor simplemente #unde algo de

ielo y no produce cambio en la temperatura% En este caso la capacidad calor(#ica, de

acuerdo a su de#inici"n, ser(a in#inita%

N"tese !ue si el sistema est$ en un estado + y la absorci"n de cierta cantidad de calor

incrementa su temperatura de 3+ a 3), decir !ue la temperatura #inal es 3) es

insu#iciente para determinar el estado #inal del sistema% Esto es por!ue el sistema tiene

dos variables independientes, y por lo tanto otra variable adem$s de la temperatura

debe especi#icarse a #in de de#inir el estado del sistema% Esta segunda variable


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independiente puede variar de una #orma determinada o mantenerse constante durante

el cambio% La 'ltima posibilidad es la m$s pr$ctica y por eso la adici"n de calor a unsistema para producir un cambio de temperatura se considera normalmente a presi"n o

volumen constante% De esta manera el camino del proceso !ueda especi#icado y el estado

#inal del sistema se conoce% As( la capacidad calor(#ica a volumen constante C v y la

capacidad calor(#ica a presi"n constante Cpson de#inidas como.

Estas capacidades calor(#icas se epresan tambi/n como.

L' &;*+*)9;' &* -' 9'@'9;&'&* 9'->+5;9' * &' 9>7>:

Debemos tener presente !ue para un sistema !ue contiene n moles,

TABLA DE CALORES ESPECIFICOS MOLARES DE LOS GASES


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4. PROCESO ADIABTICO O AISLADO TERMICAMENTE REVERSIBLES

La ecu#imaci"n de una trans#ormaci"n adiab$tica la emos obtenido a partir de un

modelo simple de gas ideal% Aora vamos a obtenerla a partir del primer principio de la

3ermodin$mica, donde el calor es igual a cero ; 6 J * ?% Esto es.

U) @+>9*> '&;'( * '6*- 6* * +*'-;' ;) '-+*&*&>+*.

En la realidad los verdaderos procesos adiab$ticos no se producen, ya !ue no eiste un

aislante per#ecto entre el sistema y el ambiente%

7ero eisten procesos reales !ue son casi o cuasi adiab$ticos% 7or e&emplo, si se

comprime ;o epande? un gas r$pidamente, #luye muy poco calor entre el ;o acia #uera

del? sistema y el proceso es cuasi adiab$tico% Estos procesos son comunes en la

atm"s#era, donde una masa de aire cerca del suelo, m$s c$lida y menos densa !ue los


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alrededores, asciende verticalmente, arriba se encuentra con regiones de menor presi"n

y se epande adiab$ticamente ;o cuasi?, esa epansi"n produce en#riamiento, si la masade aire tiene su#iciente umedad, se produce la condensaci"n, !ue origina la #ormaci"n

de nubes y probable precipitaci"n%

Suponga !ue un gas ideal eperimenta una epansi"n cuasiadiab$tica en cual!uier

instante durante el proceso, se supone !ue el gas est$ en e!uilibrio, de tal manera !ue la

ecuaci"n de estado es v$lida% La presi"n y el volumen en cual!uier instante durante el

proceso adiab$tico est$n relacionados por la ecuaci"n.

Donde J c7 Kc4 se considera constante durante el proceso% 7or lo tanto todas lasvariables termodin$micas cambian durante un proceso adiab$tico%

F;46+' K. D;'4+'7' P+*;) V>-67*) &>)&* * 76*


32/225

Integrando

Donde el eponente de se denomina (ndice adiab$tico del gas ideal.

Si + y ) son estados del sistema tanto inicial y #inal de una trans#ormaci"n

adiab$tica se cumple !ue.

7ara calcular el traba&o es necesario e#ectuar una integraci"n similar a latrans#ormaci"n isoterma%

Como podemos comprobar, el traba&o es igual a la variaci"n de energ(ainterna cambiada de signo

Si 67J *,

7or tantoF J -P@


33/225

4.!EL EFECTO Y COEFICIENTES DE JOULE " T#OMSON PARA LOS GASES

REALES !%3 !%K3.

Cuando se epande un gas real ay un cambio en su temperatura , debido al eco de !ue

una cierta cantidad de energ(a se re!uiere para vencer la atracci"n mutua !ue se e&erce

entre las mol/culas !ue lo componen ,dico #en"meno se le conoce con el nombre de

E#ecto 2oule Q 3omson%

En el estudio sobre las desviaciones de los gases reales con respecto al comportamiento

ideal, 2oule Q 3omson icieron pasar un corro continuo de gas real a presi"n elevada,

por un tubo aislado !ue ten(a en su mitad !ue ten(a un tap"n poroso de algod"n o seda%

idieron la temperatura del gas antes y despu/s de su paso a trav/s del tap"n,

encontraron as( !ue el aire, o(geno nitr"geno y an(drido carb"nico se en#riaban por su

epansi"n mientras !ue el idr"geno produc(a un ligero aumento en su temperatura,

siendo pues la ecepcional el comportamiento del idr"geno%

El traba&o e#ectuado sobre el gas por el pist"n de la i0!uierda es 7 +4+y el traba&o

reali0ado por el gas sobre el pist"n de la dereca es 7 )4)como se trata de un sistema

aislado, el proceso !ue se e#ect'a es adiab$tico, donde ! J *%

@) - @+ J - F J - ;7)4)Q 7+4+?

Desde !ue 7, 4 y @ son propiedades del sistema, resulta !ue su agrupaci"n @ 74, igual

!ue la energ(a interna, depende solo del estado del sistema y no sobre sus


34/225

Antecedentes es una propiedad etensiva !ue se llama EN3AL7IA y se representa por

el s(mbolo 8:8, a lo !ue es lo mismo.

QUE RELACIN TIENE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA Y LA

TERMOQUIMICA?

La termo!u(mica tiene una relaci"n muy estreca con la primera ley del termo, puesto

!ue estudia los cambios de energ(a interna como las entalp(as de las reacciones !u(micas%

Estas energ(as son determinadas por el estado inicial y #inal !ue su#re el cambio

termo!u(mico, sin tener en cuenta el mecanismo del proceso%

El calor asociado con un proceso !u(mico depende no solo del cambio !ue pueda ocurrir a

presi"n o volumen constante sino de las cantidades de sustancias consideradas, del

estado #(sico de dicas sustancias de la temperatura y de la presi"n%

El calor de reacci"n es el valor de P@ o P: !ue acompaBa la reacci"n !u(mica isot/rmica,

cuando se lleva a cabo a volumen constante o a presi"n constante respectivamente% Lasreacciones con calores negativos se conocen como *>


35/225

D"nde. Pn;g? J di#erencia de los moles de productos y los moles de reactantes en #ase

gaseosa%

'. ENTALPIA ESTNDAR NORMAL REACCIN #

La entalp(a de reacci"n est$ndar ;P:? se dan a condiciones de + atm de presi"n y )< C

de temperatura y estos valores la encontraremos en tabas para di#erentes compuestos%

7or e&emplo.


36/225

(. LEYES TERMOQUIMICAS

(.! LEY DE LAVOISIERLAPLACE. 8El calor de descomposici"n de una sustancia

!u(mica es num/ricamente igual a su calor de #ormaci"n, pero de signo contrario9%

E&emplo.

%(.3 LEY DE #ESS ;Ley de la suma constante de calor?. 8El calor resultante de una

reacci"n !u(mica, es siempre la misma, ya sea !ue la reacci"n se e#ecto en una o varias

etapas9% Esta ley cumple con el enunciado de la primera ley de la termodin$mica. 8El calor

total de reacci"n a 7 y 4 constante depende solamente de los estados inicial y #inal

Otra #orma de medir este calor es.

9. ENTALPA NORMAL DE FORMACIN O CALOR DE FORMACIN P#

Es el calor de reacci"n cuando se #orma 6) 7>- de un determinado compuesto a partir

de los elementos en el estado #(sico normal ;en condiciones normales de presi"n y

temperatura. 7 J + atm 3 J )M?% Se epresa como P: # % Se trata de un 8calor


37/225

molar9, es decir, el cociente entre P: y el n'mero de moles #ormados de producto% 7or

tanto, se mide en T2Kmol% E&emplo.

:ay !ue tener presente, !ue por convenci"n, el calor de #ormaci"n de los elementos en

su estado #(sico natural es id/nticamente igual a cero%

9. ENTALPA NORMAL DE COMBUSTION P#C

Es el calor !ue se libera en la combusti"n de 6) 7>- de compuesto org$nico% El calor

liberado en la combusti"n de mucos compuestos org$nicos puede ser cuidadosamente

medido utili0ando una bomba calorim/trica donde el compuesto org$nico a investigar se

somete a la combusti"n completa en eceso de o(geno debido a !ue este calor es

medido a volumen constante, lo !ue se mide en realidad, es el P@ !ue se relaciona con el

P: a partir de la ecuaci"n.

P: J P@ - PnR3

El calor de combusti"n puede ser empleado directamente para calcular el calor de

#ormaci"n de los compuestos org$nicos% E&emplo. El calor de combusti"n del mon"ido de

carbono es -)+,>< T2Kmol a volumen constante% Calcule el calor de combusti"n a presi"n

constante%


38/225

1. Determine la #racci"n molar de cada componente, la presi"n parcial de cada

componente y la presi"n total para una me0cla de > g H2 , ,) g N2 y

)%)< g O) en un envase de L a * C.

SOL@CIUN.

DatosV=8L

SEMI


39/225

T= 90

mH2=6 g

mN2=34,2g

mO2=2,25g

Hallando los nmeros de moles n

nH2=6

2=3 mol

nN2=34,2

28=1,22mol

nO2=2,25

32=0,07 mol

nTOTAL=4,29moles

!e"o #ada $ra##%&n molar

fmH2= 3

4,29=0,7

fmN2=1,22

4,29= 0'()*

fmO 2=0,07

4,29= 0'01+

fmTOTAL=1,000

PTV=nTRT=0.0823634,29

8 PT=15,96atm


40/225

Sa,emos -!e se #!mle la s%"!%ente rela#%&n/

f( m )= f( v )= f(p )

f(m)H2= 3

4,29=0,7mol f(m)N2=

1,22

4,29=0.284mol

f(m)O2=0,070

4,291=0,016molf(m)total=1

PH2=0,7 15,96=11,172atm.

PN2=0,28415,96=4,533atm.

Po2=0,016 15,96=0,255 atm.

(. n#!entre la elo#%dad rms de mol2#!las de #loro "aseoso en#ond%#%ones normales 3 est4ndar. 5e#!erde -!e !n mol de #!al-!%er"as o#!a !n ol!men de (('* l%tros en #ond%#%ones normales.

Sol!#%&n

vrms=?

PARA :Cl2ACONDCONE! NORMALE! :P=1atm"T=273K

V!(u)*+ $* ,- L

6= 1atm= 1017(8 6a= 1017(8N

m2

= (('*1m

3

1000L=22,4# 103m3

M=(35,5)# 2=71 Kg

mol. Kg


41/225

PV=1

3

M .V2

REEMPLAZANDO:

101325N

m3. (22,4# 103 m3 )=1

3 (71 Kgmol.Kg). v2

v=306,7m

s

PARA :Cl2A CONDCONE!!TANDAR :P=1atm"T=298K

PV=RnT

V=RnT

P

V=0,082

atm. L

mol.K.1mol.298$

1atm

V=24,44L

6= 1atm= 1017(8 6a= 1017(8N

m2

V=24,44L=24,4 m

3

molKg

M=(35,5)# 2=71 Kg

mol. Kg

PV=1

3M .V2

REEMPLAZANDO:


42/225

101325

N

m3

.

(24,44

m3

molKg)=

1

3

(71

Kg

mol . Kg

). v

2

v=323,47m

s

7. a elo#%dad rms de !n 4tomo de Hel%o a temerat!ra am,%ente es

1'78 Km/ s .% C&'les la velo()*a**e&namol+(&la *eo#,genoaesta temperat&ra?

Sol!#%&n

vrms(He)=1,35Km

s

Tam-=25+273=298K

vrms(O2)=?

MHe=4

MO2=16#=32

POR LA LEY DE GRAHAM:

v2

v1=

M1

M2

REEMPLAZANDO:

vO2vHe

= 432


43/225

vO2=1,25

Km

s

1

8

vO2=0,477Km

s

*. Se #olo#a 1" de :el%o en el matra; A 3 1" de o


44/225

nA=1,5#103mol+( .

/=nO

2mol#6,023#10

3mol+(

1mol

n/= 1

32

mol#6,023#103mol+(

1mol

nA=0,19#103mol+( .

RELACIONANDO:

nAn/

=

1

4mol

1

32mol

=8

nA

n/=

8

1

/ 8Cu3( *" (a r*(a4i5+ *+'r* (a" 9r*"i!+*" $* a)6!" )a'ra4*"

PA V=R nA T

RT=PA V

nA

PA V=R n/ T

RT=P/ V

n/

RELACIONANDO:

PA V

nA=

P/ V

n/

PA

P/=

nA

n/


45/225

PAP/

=

1

41

32

PA

P/=8

PHe>PO2

C/ 8E+ 0u# )a'ra1 "* )u*;*+ )3" r39i$! (a" )!(#4u(a"

as mol2#!las en el matra; > se m!een m4s r4%do/

0P1V

D/ 8E+ 0u*


46/225

8. l H73 el H>r' am,os "aseosos' se d%$!nden en sent%do o!esto' a lolar"o de !n t!,o estre#:o de lon"%t!d . n -!2 arte del t!,o seen#ontraran ara $ormar H*>rE

Sol!#%&n/

D* (a &r3>4a:

=BG

MNH3=17

MH/r=80,9

v=*

t


v2

v1= M1M2

3

t

t

= 1780,9

3

= 1780,9

3

=0,458

=2,183

REEMPLAZANDO:2,183+3=L


47/225

3,18 3=L

3=0,3144L

3=31,44

=68,56

31,44(onrespe(to aH/r

+. Un l%tro de o


48/225

1L

19,4m)n1L

20m)n

=

32MC

2H

6

M2( 20

19,4)2

=32

M2=30,1088 Kg

mol. Kg

. st%me/

AJ a ener"a #%n2t%#a total de trasla#%&n de !na ,a#ter%a .#ol%' #!3a masa es

de 2,0#105

Kg a 7 3

>J S! elo#%dad #!adr4t%#a med%a. S!on"a -!e la ,a#ter%a #omo !na mol2#!la"rande en e-!%l%,r%o t2rm%#o #on el a"!a #%r#!ndante

Sol!#%&n/

EK(E .Col))

=?

mE . Col)=2,0#105

Kg

T=7 =310,15K

A/

R=8,31 2

mol.K

1mol

6,023# 1023

mol+(

R=1,38# 103 2

mol+( . K

EK=3

2RT

EK=3

2.1,38#10

3 2

mol+( . K.(310,15K)


49/225

EK=6,42#1021 2

mol+(&las

/

1

3Mv2=

2

3EK

B ME(ol)Kg 6,023#10

23mol+(

2,0#105

Kg 1 mol+(&laE . (ol)

ME(ol)=12,046# 1018 Kg

mol . Kg

v2=2

EKM

EK=6,42# 1021

Kg. m2

s2

mol+(&las

EK=6,42#1021 K g.m

2

s2

. mol+(&las

REEMPLAZANDO:

v2=2

6,42# 1021 Kg.m

2

s2

.mol+(&las

12,046# 1018 Kg

6,023# 1023

mol+(

v2=6,42#1016

m2

s2

v=2,53# 108 ms


50/225

). 6ara el Hel%o el ol!men molar es 0'08)0 3 6# es ('(*8( atm. Cal#!lar las#onstantes a3 , de an der Kalls 3 el rad%o de las mol2#!las #ons%der4ndolases$2r%#as.

Sol!#%&n/

v=0,05780

PC=2,2452 atm

a5-=?

R=? a=27R

2TC

2

64PC

TC=PV

R

TC=(2,2452atm)(0,05780

L

molg)

0,082

atm. L

mol.K

TC=1,58K

REEMPLAZANDO EN a:

a=27 (0,082

atm .L

mol.K)

2

(1,58K)2

64(2,2452atm)


51/225

a=3,15# 103 atm. L

2

(mol.g)2

HALLANDO 6:

-=RT

8PC

-=(0,082

atm .L

mol.K)(1,58K)

8(2,2452atm

)

-=7,21# 103 L

mol.g

HALLANDO EL RADIO:

Vesfera=4

36 R

3

0'08)0 6,023#1023

mol+(

B 1 mol2#!la

B= 9'89+8 #1026

L

9'89+8 #1026

L. 1m

3

103L=

4

36 R

3

R=2,84# 1010 m

R=3 nm

9. Cal#!lar la res%&n e@er#%da or 100" de CO( rod!#%do d!rante la$ermenta#%&n de !n #!lt%o ,a#ter%ano' #onten%do en !n $ras#o #on !n

ol!men de 8 a *0 .

Sol!#%&n


52/225

PCO2=?

V=5L

mCO2=100g

T=40+273=313K

A/

LEY DE GAS IDEAL:

PV=RnT nCO2=100

4mol

P=RnT

V

P=(0,082

atm. L

mol.K)(

100

4 mol)(313K)

5L

P=11,67atm

/ POR: VAN DER ?. ALLS

(P+ aV2 ). ( v- )=RT

(P+

3,59atm.L

2

mol2

( 5

100

4

L

mol

)

2

).(

5L

100

44 mol

0,0427 L

mol )=0,082atm. L

mol.K.313K

P=11,16atm

10. Cal#!lar las res%ones -!e se !eden rede#%r ara 1 mol deamon%a#o #onnado en !n re#%%ente de 10 a *00L en los s%"!%entes#asos/

AJ Como "as %deal


53/225

>J Como "as real 3 #omortam%ento de an Der alls. Datos/as

#onstantes de la e#!a#%&n de an Der alls ara el amon%a#o son/ a=4,17

atm .L2

mol2 3 ,= 0,032

L

mol

Sol!#%&n

nNH4=1mol

T=400K

V=10L

v=10L

1mol

P=?

A/COMO GAS IDEAL:

P=RnT

V

P=(0,082atm .Lmol.K)1mol (400K)

10L

P=3,28atm

/

COMO GAS REAL COMP. VAN DER ?ALLS:

(P+ aV2 ). ( v- )=RT


54/225

(P+

4,17atm .L

2

mol2

10 L

mol ).(10Lmol

0,032 Lmol )=0,082

atm. Lmol.K

.400K

P=3,2488 atm

11. Cal#!lar el ol!men o#!ado or 1'00 moles de metano a (80 3

1 atm s% d%#:o "as se #omorta de a#!erdo a la e#!a#%&n de an Der

alls/ Datos/ a= 2,25atm.L

2

mol2 3 ,= 0,0428

L

mol

Sol!#%&n

V=?

T=250+273=523K

nCH4=1mol

P=1 atm

a=2,25L

2atm

mol2

-=0,0428 L

mol

(P+ aV2 ). ( v- )=RT

REEMPLAZANDO


55/225

(1atm+

2,25atm.L

2

mol2

V2 ). ( v0,0428 ) L

mol=0,082 atm. L

mol.K .523,15K

1= 42,8983

v0,0428

2,25

V2

V342,86V22,25V0,096=0

V1 = 42,86 Lmol

V2 =0,52L

mol

V3 =4,3x 10

2 L

mol

El volumen ocupado es:

V= 42,86L

mol

1(. l $orma !n #om!esto "aseoso de $&rm!la %NCOJB. %C !4l es el

alor de B dado el :e#:o de -!e el metano en las m%smas #ond%#%onesde 6 3 T a!3e 7'7 e#es m4s r4%do -!e este #om!estoE

Sol!#%&n

(CO)

v1=v(CO)

M(CO)=59+28

CH4


56/225

vCH4=3,3v(CO)+v(CO)

MCH4


v2

v1= M1M2

REEMPLAZANDO:

3,3 v(CO)+v(CO)v(CO)

= 59+281616#(4,3)2=59+28

=8,46

7 8


57/225

%. O#:o moles de #loro "aseoso se #al%enta de 1?C a)?C. Determ%ne el %n#remento en s! ener"a %nterna 3 el tra,a@oe


58/225

9 :=n .Cv . *T

;aVol . Cte.=0

9 :=8mol.25,712

mol.K .70K

9 : = 1*'79+ LP

,J A res%&n #onstante/9 :=4;=n.Cp.*TP*V

4=n.Cp.*T

4=8 mol.34,71 2

mol.K .70K

4=19,4376K 2

;=P*V

Vo

Vf=

Tf=

290K

360K

Vo=29 v 5 Vf=36 v

9 V=7v

P=n .R .T

V

n .R .

P= Vo=

8mol. 8,312

mol.K.290K

29v


59/225

P=

8mol. 8,31 2

mol.K

.290K

29v

P=664,8

v 2

;=664,8

v 2.7 v=4,6536K 2

9 :=4;=n.Cp.*TP*V

9 :=19,4376K 24,6536K 2

9 :=14,784K 2

(. 80 mol" de !n "as tr%at&m%#o %deal a 7 0C 3 7'8 M6a de res%&n' se

e


60/225

P1V1=P 2V2

3,5(36,826)9

7=0,8V29

7

V2=116,043m3

T1

T2=(V2V1 )

1

T2=T1

(V1

V2

)

1

T2=T1(V1V2 )1

310(36,826)9

71

(116,043)9

71

T2=223,32K

;a*=

P1 V1P2V21

;a*=3,5 (36,826)0,8(116,043)

9

71

;a*=126,084#1062

;a*=126084K 2

;a*=9 :

9 : = -126084 KJ

9 :=4 v=n.Cp.*T

Q = 80N


61/225

7. Dos #%entos #!arenta "ramos de tol!eno se aor%;an en s! !nto dee,!ll%#%&n de 78 0C 3 a +0 mmH". l #alor de aor%;a#%&n es de 9'0)#almol. Cal#!lar/ re' Q' H 3 U rese#t%amente en #al 3 >TU.

SOLUCI@N:

DATOS:

T = 78?C = 70)6 = +0 mmH" = 1atm = 1017(8 6a

Tol!eno/ C+H8CH71mol de tol!eno 9( " B (*0 "

B= ('+0)mol.

aJ l tra,a@o se desarrolla a res%&n #te. Nro#eso Iso,4r%#oJ

6 = n5T

$ =nRT

P

$ =(2,6087mol )308K#0,082

atm .L

molK

1atm

$ = +8')9

$ = +8')9< 103

m3

=P (VfV) )=1atm (65,89L )24,3K(al

103

=1594,54# 103K(al

=1,5945K(al # /T:

0,252K(al

=6,337/T:
http://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_fenilohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_fenilohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_fenilohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_fenilohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metilohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metilohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_fenilohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metilo


62/225

,J l #alor 3 ental%a/

9 H=4p=4v.n

9 H=4p=9,08K(al

mol #2,6087 mol

9 H=4p=23,69K(al# /T:

0,252K(al

9 H=4p=94,01 /T:

#J ar%a#%&n de ener"a %nterna/9 :=4;

9 :=23.69 $Cal1,5945 $Cal=22,095 $Cal

9 :=22,095 $Cal # /T:

0,252K(al

9 :=87,68/T:

*. C%en l%tros de 2ter d%metl%#oN"J NC = '99 5J a 0VC 3 1 atm&s$era' se#al%enta en !n aso #errado a 7( VC.

aJ Cal#!lar el #am,%o de la ener"a %nterna en L#al.,J Q!2 tanto m4s #alor se re-!er%ra s% el "as $!era #alentado a !nares%&n #onstante de 1 atm&s$era.

SOUCIR/

Datos// 100 C='995

T1= 0?C=(7L


63/225

T(= 7(?C=+00L

6 = 1 atm

Cp=7,99(1,987 (alK .mol )Cp=15,868

(al

mol.K

Cv=CpR=(15,8681,987)

Cv=13,881 (al

mol. K

aJ Cal#!lar el #am,%o de la ener"a %nterna en L#al.

U = nCN T2 T1 J

U =PV

RT


64/225

Qre-!er%do= N(7'1)9 (0'(+JL#al

Qre-!er%do= ('90(9L#al8. Un #%l%ndro #ont%ene 8 moles de :el%o a temerat!ra am,%ente Ns!oner

(?CJ. Cal#!lar/aJ l #alor -!e se de,e trans$er%r al "as ara a!mentar s! temerat!ra

:asta 800L s% se #al%enta a ol!men #onstante.,J l #alor -!e se de,e trans$er%r al "as ara a!mentar s! temerat!ra

:asta 800L s% se #al%enta a res%&n #onstante.#J l tra,a@o real%;ado or el "as.

SOUCIR/

Datos/He' monoat&m%#oC= *'9Calmol.LC= ('9)Calmol.L

aJ A ol!men #onstante/ ;=0

9 :=4;=n. C v. *T

4=n.Cv.*T

4=5mol.2,98Cal

mol.K . (500300 )K

4=2980 Cal

,J A res%&n #onstante/4=n.Cp.*T

4=5 mol.4,97 Cal

mol. K . (500300 )K

4=4970Cal

#J l tra,a@o real%;ado or el "as.

A ol!men #te. ;=0

A res%&n #te.;=P (V2V1)


65/225

;=P (V1T2

T1V1)

;=P V1(T2

T11)

;=PnRT1

P (

T2

T11)

;=5mol(0,082)L.atm

mol.K(300$)(

500

3001)

;=82L . atm#24,2 (al

L . atm

= 19)*'* #al+. Dos l%tros de !n "as %deal or%"%nalmente de 1 atm&s$era de res%&n se

e


66/225

4=1 atm (2L ) ln3 v

v

4=2,197atm.L#24,2(al

L .atm

4=53,17 (al

;=53,17 (al

4=< (p 9 T

4=(1 mol)(5 (almol.K) (T3T2)

4=5(1

3

T2T2)

4=103

T2

4=10(al

3K (

1 atm# 2L

0,082atm.L

mol.K

)

4=81,3 (al

;=P (V3V2 )

;=1atm (26 )L

;=4atm.L24,2(al

L.atm

;=96,8 (al

65OCSO/ (7 ISO>A5ICO

65OCSO/71 ISOCO5ICO


67/225

;=0

9 :=4=(1mol)(3 (al

mol.K)(T1T3)

9 :=4=3(al

K (T1

1

3T1)

9 :=4=3(al

K (2

3)(

1atm.2L

0,082

atm. L

mol.K#mol

)

9 :=4=48,78 (al

. a "ra#a 6' se m!estra !na ser%e de ro#esos termod%n4m%#os. n elro#eso a,' se a"re"an 180P de #alor al s%stema en el ro#eso ,d' sea"re"a +00P. Cal#!la/aJ l #am,%o de ener"a %nterna en el ro#eso a,.

,J l #am,%o de ener"a en el ro#eso a,d.#J l #alor total a"re"ado en el ro#eso a#d.

SOUCIR/Datos/

4a- =180P

4-* =+00P

aJ l #am,%o de ener"a %nterna en el ro#eso a,.

6, d

) < 10*6a

7 < 10*

#a

8 < 107( < 107


68/225

;=0

9 :=4v=150 2

,J l #am,%o de ener"a de a,d.

;=P (V*V-)

;=8# 104Pa(5#1032#103)

;=240 2

4P=4-*=600 2

9 V-*=4-*;-*

9 V-*=60022402

9 V-*=3602

9 Va-*=9 Va-+9 V-*

9 Va-*=1502+360 2

9 Va-*=5102

#J l #alor total a"re"ado en el ro#eso a#d.

65OCSO/ Na,J ISOCO5ICO

65OCSO/ N,dJ ISO>A5ICO


69/225

Cp(monoat=m)(a)= 5(al

mol .$

= 5# 10

3

molKg

(al

K

.4,186 2

1(al

Cp=20,93#103 2

mol$g.K

VaTa

=V(T(

Ta=Va

V(. T(

4a(=1molKg #20,93#103 2

molKg. K.(T(

2

5T()

4a(=20,93#103(

3

5 (P( .V(

nR ))

4a(=20,93#103#10,8#10

3

4a(=226,044 2

P(

T(=

P*

T*

T(=P(

P*. T*

65OCSO/ Na#J ISO>A5ICO

65OCSO/ N#dJ ISOCO5ICO


70/225

T(=3#10

4

8# 104. T*

T(=3

8.T*

T*=8

3.T(

4(*=1molKg #12,47 2molKg .K.(83

Pv

V(

nR )

4(*=12,47(5

3 (3# 104.5#10

3

1(8,31) ))

4(*=375,15 2

4a(*=4a(+4 (*

4a(*=226,044 2+375,15 2

4a(*=601,194

). Dos moles de !n mon&


71/225

P1=1,2atm

V1=30L

V2=1

3(30L )=10L

9 :=?

T=?

Was de #omortam%ento %dealCP=7

CV=5

>=7

5

P1

P2

=

(

V2

V1

)

>

1,2

P2=( 1030 )

5

3

P2=7,5atm

9 :=4;

S%stema ad%a,4t%#o/ 4=0

nton#es/ 9 :=;

1'

701


72/225

;=P2V2P1 V1

>1 =7,5

atm10L1,2atm30L

23

24,2(al

atmL

9 :=;

9 :=1,415K (al

Como se en#!entra en !na e


73/225

Cal#!le la ental%a est4ndar de $orma#%&n del a#%do l4#t%#o a art%r de lass%"!%entes rea##%ones/

A( .LACTCO(l)+OENOCO 2(g )+H2O(g)9 H@=325,80K(al /mol

C(s)+O2 (g)CO 2(g )9 H@=94,05K(al/mol

2H2(g)+O2 (g)2H2O(g)9 H@=136,64K(al /mol

Sol!#%&n/

3CO2 (g)+3H2O(g)C3H6O3+3O2 9 H@=325,80K(al /mol

3 C(s)+3 O2(g ) 3 CO2 (g)9 H@=3 (

94,05K(almol

)

3H2(g )+

3

2O

2 ( g )3H

2O

(g )9 H

@

=204,96K(al

/mol

3C+3H2+3O2

2 C3H6 O3 9 H

@=131,31K(al /mol

(. l etanol !ede !t%l%;arse #omo #om,!st%,le alternat%o de la "asol%naen los motores de los a!tom&%les. S!on%endo -!e la "asol%na es o#tano

!ro.

aJ s#r%,a 3 a@!ste las rea##%ones de #om,!st%&n de am,as s!stan#%as.

,J Determ%ne #!4l de ellas t%ene ma3or oder #alor#o N#alor rod!#%door #ada %lo"ramo de #om,!st%,le -!emadoJ.

Sol!#%&n/

C2H6Oetano

C8H18 o(tano


74/225

9 Hf@o(tano=270K2/mol

9 Hf@al(ool=278K2/mol

9 Hf@H

2O=285,5K2/mol

9 Hf@CO

2=393,5K2/mol

C2H6O+3O2 2CO2+3H2O

C2H6O+3O2 2CO2+3H2O

A,C**,1

C2H6O+3O2 2CO2+3H2O

9 H=2 (393,5 )+3 (285,5 )(278)

9 H=1365,5 K2

mol=29673,91K2/Kg

-AS*,INA1

C8H18+25O2

2 8C O2+9H2O

9 H=8 (383,5 )+9 (285,5)(270)

9 H=5447,5K2

mol =47785,09K2/Kg

7. a #om,!st%&n del a#et%leno N C2H2(g ) rod!#e d%&


75/225

,. Cal#!le el #alor molar de #om,!st%&n del a#et%leno 3 el #alor rod!#%do

al -!emar 1'00 L" de a#et%leno.Sol!#%&n/

)at%s*

9 H f@ (C2H2( g ))=

223,75K2

mol B9 H f

@ (CO2 (g ))=393,5K2

mol B9 H f

@ (H2 O(g ))=241,8K2/mol

C2H2+5

2O22CO2+H2O

C2H2+5

2O22CO2+H2O

9 H=2(393,5K2mol )+(241,8K2

mol )223,75K2

mol

9 H=1252,55K2

mol

nC2H2=1000 g

26 g =38,46mol

4=1252,55K2

mol (38,46 mol )

4=48175K2

*. NaJ Cal#!le el #alor de $orma#%&n del et%len"l%#ol N C2H6O2 (l ) a art%r de

los #alores de $orma#%&n del H2O(l ) 3 del CO2 (g) 3 del #alor de

#om,!st%&n del C2H6O2 (l ) . N,J Q!2 ol!men de d%&


76/225

Sol!#%&n/

A.

284,48K(almol

.4,186 2

1(al =

1190,8K2mol

2CO2+3H2O C2H6 O2+

5

2O29 H=1190,8K2/mol

2C+2O22CO2 9 H@=3(

393,5K(almol

)

3H2+3

2O23H2O 9 H

@=3(285,8K(al

mol )

3H2+2C+2O2 C2H6 O29 H@

=

2875,8K2

mol =4 f

+.

C2H6O2+5

2O2

30 @ C

2CO2+3H2O

500

62molC

2H

6O

2( 2molCO21molC2H

6O

2

)=16,13molCO2

V=nRT

P =

16,13 (0.082 ) (303 )1

=400,72L

V=400,72L

8. l a#%do a#2t%#o Nl%-!%doJ se $orma al rea##%onar #ar,ono Nsol%doJ':%dro"eno mole#!lar N"asJ 3 o


77/225

a. s#r%,%r ade#!adamente las e#!a#%ones -!m%#as de los d%st%ntos

ro#esos de #om,!st%&n 3 la #orresond%ente a la $orma#%&n del a#%doa#2t%#o.

,. Cal#!lar el #alor de $orma#%&n' a res%&n #onstante' de d%#:o a#%do

#. C!4ntas %lo#aloras se desrenden en la $orma#%&n de 7 L" de 4#%doetano%#oE

Sol!#%&n/

A.

2CO2+3H2O C2H4O2+3O2 9 H=870,7

2C+2O22CO2 9 H=2(283,8)

2H2+O2 2H2O 9 H=2(343,13)

2C+2H2+O2 C2H4O29 Hf@=487,16K2/mol

+.

4p=9 H

REEMP,A/AND* C*N E, DAT* *+TENID* ANTERI*RMENTE

4p=437,16K2/mol

C.

nC2H4O 2=3000

60 =50mol

4=437,16K2

mol (50 mol )=24358K2

( 0,239 ) (al1 2

=5821,56K(al

4=5821,56K(al


78/225

+. A (9)'( L la ental%a t%o de $orma#%&n del Mg(N O3)2 es

1))'#almol' 3 la ental%a t%o de d%sol!#%&n es (1'870#almol' la

ental%a t%o de $orma#%&n del %on es

49,320 (al

)ong

N O3 . Cal#lese la

ental%a t%o de $orma#%&n del %on2+Mg

a esta temerat!ra

Sol!#%&n/

9 Hf@

Mg(N O3)2

=188,77Cal

mol

9 H*@

Mg(N O3)2

=21,530 (al

mol

N O3=

49,320 (al

)on g

.62g )on

1mol

. N O3

9 Hf@

1Mg(N O3)2 Mg

+2+2N O3

mol N O3

3057,8 (al

133,77

9 H*=9 Hpro*&(tos9 Hrea(t)vos

21,530=(3057,8 )(188,77)

mol Mg2+

=2846,7(al


79/225

. a ental%a de rea##%&n est4ndar ara la #om,!st%&n del "rato se"n la

e#!a#%&n CN"ratoJ O2(g )CO2 (g) es de 9*'08L#al. as #aa#%dades

#alor#as molares de los rea#t%os 3 de los rod!#tos son Nen #almol.LJ

"ratoNsJ ('0++ O2 '(00 3 CO2 (g) 10'8+ rese#t%amente. Cal#!lar la

temerat!ra -!e al#an;ara !n s%stema -!e %n%#%almente #ont!%ese (

moles de "rato 3 ( moles de O2 a (8 ?C 3 en el -!e se rod!@ese la

#om,!st%&n ad%a,4t%#a 3 #omleta del C a res%&n #onstante de 1 atm.

C!4l sera la temerat!ra nal s% en l!"ar de ( moles de O2 :!,%era

%n%#%almente 7 molesE

Sol!#%&n/

1C+O225 @C

1atmCO2(g )9 H=94,05K(al

A.

nO2=2molT=?

nO2=3molT=?

9 Ht=9 H@+

T1

T2

9 Cp*T

CP=a+-T+(T2

0=9 Ht=9 H@+9 CP9T

9 CP =( CPCP rea()

gases


80/225

2C+2 O2 2CO2 . (94,05 ) 2

9 CP=(2# 10,562#7,2)= 6,72K(al

mol$g.K

0=188,1+6,729 T

9 T=27,9 @ C=T2T1

T2

=27,4+25=52,9@ C

T2=52,9@ C

3C+3O23CO2 .. (94,05 )3

9 CP=(3# 10,563# 7,2 )=10,08K(al

mol$g.K

0=282,15+10,08 9T

9 T=282,15

10,08 @ C=27,99@ C

T2=27,99+25=53 @ C

T2=53@ C

). aJ A art%r de las rea##%ones %J' %%J' 3 %%%J determ%nar el #am,%o de ental%a

de la s%"!%ente rea##%&n/ Cl2 (g)+H2 (g)2HCl(g )

%J NH3 (g)+HCl(g) NH4 Cl(s)9 H@

f=176K2

%%J N2(g )+3H2(g)2NH3(g )9 H@f=92K2

%%%J N2(g )+4H2 (g)+Cl2(g )2NH4 Cl(s)9 H@

f=629K2


81/225

,. 6ara la rea##%&n %%%J #al#!lar la ar%a#%&n de ener"a %nterna a (8?C

Sol!#%&n/

A.

2NH4 Cl(s)2NH3(g )+2HCl(g)9 H@f=2#176K2

2NH3 (g) N2 (g)+3H2(g )9 H@

f=92K2

N2(g )+4H2 (g)+Cl2(g ) 2NH4 Cl(s)9 H@ f=629K2

Cl2(g)+H2 (g)2HCl(g )9 H@

f=185K2

+.9 H=9 :+9nRT

629=9 :+ (6 )8,31 29810

3

9 :=614,14K2

9. Determ%ne el #alor de $orma#%&n de la I$r!#t!osa se"n la rea##%&n9 H(

fr&(t&osa (s )+O2(g ) an)* . (ar-on)(o( g)+ag&a(g) .675K(al /mol

9 Hf CO2=94,052K(al /mol

9 Hf ag&a=57,798K(al /mol

C!4ntos moles de :%dro"eno 3 #ar,ono son ne#esar%os ara $ormar *80"de 1$r!#t!osa 3 la ener"a re-!er%da ara esta masaE

Sol!#%&n/

A


82/225

6CO2+6H2 OC6H12O6+6O2675K(al /mol

6C+6O2 6CO26 (94,052)

6H2+3O2 6H2 O 6(37,798)

6H2+3O2+6 C C6H12O6 9 H@

f=236,1K(al /mol

9 H@f=236,1K(al /mol

A,,AM*S E, 2n1

nC6H12 O6=450

150=2,5mol

1C6H12 O6 236,124K(al /mol

12,5C6H12O6 Q

4=590,25K(al/mol

nC:nmero*e molesne(esar)os parao-tener2,5moles *eC6H12O6

6C 1C6H12 O6

nC 2,5C6H12O6

nC=15moles *eC


83/225

nH2: nmero *e moles ne(esar)os parao-tener2,5 moles*eC6H12O6

6H2 1C6H12O6

6n H2 2,5C6H12O6

nC=15moles *e H2

65IM5 BYM D65OCSO

1 Una m!estra de +8" de metano o#!a 1('+ dm7a 710 L. NaJ Cal#!leel tra,a@o e$e#t!ado #!ando el "as se e


84/225

aJ

4=;=200

760atm

101325Pa

4 atm 3,3L

1m3

103L

4=;=87,993 2

,J

4 ;)reve=nRTLn (V2

V1 )4 ;)reve=

65

10mol

8,312

mol.K310K ln (15,912,6 )

4 ;)reve=243,55 2

( Un "as tr%at&m%#o est4 en#errado en !n #%l%ndro -!e t%ene !n em,olom&%l en s! arte s!er%or' de masa (+'7 l, 3 4rea de 7') %n(' l%,re

de moerse' manten%endo la res%&n del "as #onstante. Cal#!lar el

DATOS:

mCH3=65 g

V=12,6*m3=12,6L

T=310K

;=%?

P=((onst) .200Torr=0,263atm

V=3,3*m3=3,3L

;)revers)-le=?


85/225

tra,a@o' la 9 : 3 el #alor Nen >TUJ s% la temerat!ra de 8 moll, del

"as a!menta de (? a 8( ?F.

PROCESO

ISOARICO

PRESION

CONSTANTE

aJ ;=P 9V Iso,4r%#o /

V1

T1=

V2

T2

V1

V2=

T1

T2=

532

1032=0,5155

V1=nRT

P =

1mol .0,082 .atm. L

mol.K .310K

V1=2573,546LV2=1326,683L

;=(21,522 l-2 ) (2573,5461326,683 ) ft3#121m

2

ft3

;=11106.255 /T:

,J 4=nCp9T

4p=9 H=5( 9(almol.K) (1032532)R 2,5 K

1R

4p=22500 (al # 1 /T:

252 (al

4p=89,29 /T:

DAT*S1

me=26,3 l-

A=3,87 2

N=2 moll-

T1=72=532R

T2=572=1032R


86/225

6 NatmJ

800L700L

(80 L180L

Iso,4r%#o

(

Iso#&r%#o

D

A >

1

7 8 NJ

C

#J 9 :=4;

9 :=(89,294.966) 103 /T:

9 :=84,324 /T:

7 Un #%l%ndro #ont%ene a%re a la res%&n de ( atm. l ol!men es de 7 3 latemerat!ra' 700 L. Se somete el a%re a los s%"!%entes ro#esos.aJ Se #al%ente a res%&n #onstante :asta 800 L.,J Se en$ra a ol!men #onstante :asta (80 L.#J Se en$ra a res%&n #onstante :asta 180 L.dJ Se #al%enta a ol!men #onstante :asta 700 L

5eresente estos ro#esos en !n d%a"rama 6' dando los alores de 6 3 alnal de #ada !na. Cal#!lar el tra,a@o neto real%;ado or el "as.

DAT*S1

P=2atm

V=3L

T=300K

aT=500K 5 P ((onst. )

-T=250K 5 V((onst .)


87/225

( T=150K 5 P ((onst . )

* T=300K 5 V((onst .)

65OCSOS 9 :((al) 4((al) ;((al)

a- 903,2 1000 96,8

-( 1250 1250 0(* 651,6 700 48,4

*a 750 750 0

Z 248,4 200 48,4

a/ Pr!4*"! Ba6/

;a-=P*V=P (V2V1 )=2 atm. (53 )L.24.5 (alatm.L

;a-=96,8 (al

4a-=nCp *T=1mol3 (al

mol .K200K

4a-=1000 (al

9 :=4a-;a-=903,2(al

6/ Pr!4*"! B64/

;-(=0

4-(=n Cv *T=1 mol3 (al

mol.K 250K

4a-=1250 (al

9 :-(=4-(=1250 (al


88/225

4/ Pr!4*"! B4$/

;(*=P*V=P (V*V( )=1atm. (2 )L .24.2 (al

atm.L

;(*=48,4 (al

4(*=nCp*T=1mol7 (al

mol.K100K

4(*=700(al

9 :=4(*;(*=651,6 (al

$/ Pr!4*"! B$a/

;-(=0

4-(=nCv *T=1mol5 (al

mol.K150K

4a-=750 (al

9 :-(=4-(=750 (al

* a "asol%na es !na me;#la de :%dro#ar,!ros entre C8 3 C10.Cal#!lar/aJ Calor desrend%do en la #om,!st%&n de 8 de !na "asol%na -!e

#ont%ene 80[ de o#tano' 70[ de :e


89/225

Datos/ 9 H @

f

:C O2(g )=393 B H

2O

(l )=286 Bo(tano=250

todos en Pmol

/ 9 H @( B pentano=3537 Be#ano=4163to*os en$2/mol

Dens%dad de la "asol%na= 0')7 "molX l a%re #ont%ene (1 [ de C O2 J

aJ C8H18+O2 CO2+H2O

ngas=F=mV=0,83 5

mgasol)na=4,15 $g

mo(tano=4,150,5=2,075 $g

me#ano=4,150,3=1,245 $g

mpentano=4,150,2=0,83 $g

no(tano=2,075

114 =0,0182 mol$g

ne#ano=1,245

88 =0,0145mol$g

npentano=

0,83

72 =0,045mol$g

Calor de #om,!st%&n del o#tano/

1C8H18+25

2 O2 8 CO2+9H2O

1 (250 )+08 (393 )+9 (286 )


90/225

,J Hallando las ental%as de $orma#%&n/

Wasol%na/ 9 H @C= 9 Hpro*&(to 9 Hrea(t)vos

9 Ho(tano=5468 $2

molg=99,5176$2

9 He#ano=4163 $2

molg=60,3635 $2

9 Ho(tano=4163 $2

molg=40,6755$

1C5H12+8 O2 5 CO2+6H2 O

5CO2+6H2O C5H12+8O2

C+O2

5CO2

6H2+3O2 6H2 O

5C+6H2 C5H12

9 Hf=144 $2

molg

C6H14+7H2O 6 CO2+7H2O 9 H=4163 $2

molg

6CO2+7H2 OC6H14+O2 9 H=4163 $2

molg

7H2+

7

3O

2

7H2O 9 H=286 $2

molg


91/225

9 Hf=197 $2

molg

#J Hallando el ol!men/

C8H18+

25

2O28CO2+9H2O

n( 8

no2=

1

12,5no2=18,212,5=227,5

C5H14+

19

2 O2 6 CO2+7H2O

n( 8

no2=

1

9,5no2=1959,5=137,5

C5H18+8O25CO2+6H2O

n( 8

no 2=

1

8 no 2=11,5 8=82,00 molg

ntotal=457,125molgO2

VO2=nRT

P =457,125 (0,082) (298 )

VO2=11170.3065L

VO2=11,2m3


92/225

8 l oder #alor#o de los al%mentos !ede ser determ%nado med%anteel #alor rod!#%do al -!emarse !na #ant%dad de m!estra delal%mento en !na ,om,a #alor%m2tr%#a a #onstante. l #alordesrend%do en la #om,!st%&n de 1" N7.107molesJ de !na m!estra"rasa de ollo $!e 10000 #al 7 ?C. Determ%na oder #alor#o en#al" a 7 ?C 3 6 #onstante' sa,%endo -!e la rea##%&n !edereresentarse or la e#!a#%&n.

C20H32O2(g )+O2(g)CO2(g)+H2 O(l)

DATOS:


93/225

V (onstante

m=1 g


94/225

1. 70 "r de a"!a o#!a !n ol!men de 7+0 #m7a la res%&n atmos$2r%#a.C!ando esta #ant%dad de a"!a :%ere' o#!a !n ol!men de ()8 #m7deaor. Cal#!lar/aJ l #am,%o de ener"a %nterna ara este ro#eso.,J l tra,a@o real%;ado 3#J l or#enta@e de tra,a@o real%;ado or el s%stema.

DATOS/

MH2O=360 g

VH2O=360(m

3

P=1 atm

Vf=2.875(m3

F=1 g/(m3

SOUCIO/

aJ U4=m.Ce.9T+8 .m

4=36000 (al+194400 (al

4=230400 (al

;=1atm (2,875L )

(24,2

(al

1atm.L

);=69,57 (al9 :=230400 (al69,57(al

9 :=230330,43(al

,J

;=1atm (2,875L )

(24,2

(al

1atm.L

);=69,57(al


95/225

#J;=0,003

(. D!rante el t%emo de #omrens%&n de !n motor de et%leno' la res%&na!menta de 1 a 1( atm. S!on%endo -!e el ro#eso es ad%a,4t%#o 3 el "ast%ene #omo C= 1'88 P".L 3 \=1'(*. Cal#!lar el ' U' ol!men 3 latemerat!ra nal del "as.

DATOS/

P1=1 atm

P2=12 atm

Cp=1,55 $2

$ g . K

T1=273K

T2=298K

>=1,24

aJ ;a*=9 :

;a*=P1 V1+P2V2

>1

V0=mRT

P

V0=1 $g0,3 $2/$gK# 273K

101325Pa

V0=0,81m3

P1V1>=P2V2

>

P1

P2

=(V2

V1

)>

V2=(P1

P2)1 />

.V1


96/225

V2=(1

12

)1 /1,24

.0,81

V2=0,11m3

;a*=1atm (0,81L )12atm(0,11L)

0,24

;a*=51,43(al

,J V2=0,11m

3

T1

T2=(

V1

V2)

>1

273K

T2=(

0,81

0,11)0,24

T2=169,07K

7. a temerat!ra de 8 L" de n%tr&"eno "aseoso se elea desde 10?C a170?C a res%&n #onstante 8 6a' l!e"o or !n ro#eso %som2tr%#o se en$raa la temerat!ra %n%#%al 3 retorna a s! estado %n%#%al or !n ro#eso%sot2rm%#o. Cal#!lar/

a. a #ant%dad de #alor ne#esar%o ara #ada ro#eso' el %n#remento

de ener"a %nterna 3 el tra,a@o e


97/225

PROCESO 4U Q ?

1 2 ***'88 +((')+) 1)'7(8

2 3 ***'88 ***'88 0

3 1 0 1*)'++0 1*)'++0

))9'1 91)'++) (9'++

65OCSO ISO>A5ICO 1 2

V1=m.R .T

P

V1=5 .(297 "6).2835103

V1=84 "109m3

;=P .(9 V)

;=5103.(119"77484 "109)

;=178 "325$2

V2=T2

T1 V1

V2=40328384,109

4=m . CP.9 T


98/225

9 :=4;

9 :=622 "87 $2178 "935$2

9 :=444 "65$2

65OCSO ISOMT5ICO 2 3

;=P .(9 V)

;=0

65OCSO ISOT5MICO 31

9 :=0

D CUAD5O A>O5ADO

9 :=4;

889 " 1=918 " 766829 " 66

889 "1=889 "1(*emostra*o)

*. Cal#!la el #alor de $orma#%&n del 4#%do ,!tr%#o N4#%do "rasoJ a art%r de los

s%"!%entes #alores de rea##%&n/

1 g 9,27 $(al

88 g

=815,7 K(al

molg

=3414,77 $2

molg

9 :=4V=m . CV. 9 T

9 :=4V=5.(0,7409) .120

4=;=m . R . T . lnV1

V3

4=;=5.(0,2976) .283 . ln 84,109

119,774

Se dem!estra -!e el #%#lo


99/225

4CO2+4H2O C4H8O2+5O2 9 H0=3414,77

1

2O

( 2)4CO9H0=4# (110,4)

4C+4

1

2O

( 2)4H2 O 9 H0=4# (285,5)

4H2+4

12

O

( 2)4CO29 H0=4# (283)

4CO+4

4C+4H2+4O2 C4H8O2 9 H0=699,17 $2/mol


100/225

QUE ESTUDIA LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA?

CAPITULO II


101/225

En los t"picos !ue estudiamos anteriormente vimos en cual!uier proceso -' *)*+45'

&*- 6);2*+> * 9>)*+2';7rimer 7rincipio de la 3ermodin$mica?% 7or otra parte,

cuando estudiemos por e&emplo una trans#ormaci"n macrosc"pica, s"lo puede

tener lugar si -' *)@5' &*- 6);2*+> '67*)


102/225

8Es imposible !ue un sistema realice un proceso c(clico cuyos 'nicos e#ectos sean el

#lu&o de calor acia el sistema desde una #uente #r(a y el #lu&o de una cantidad igual

de calor desde el sistema acia una #uente caliente9%

CARNOT

8Es imposible construir una m$!uina !ue operando c(clicamente no produ0ca otro

e#ecto !ue la absorci"n de calor de un dep"sito y su conversi"n en una cantidad

igual " e!uivalente en traba&o9

MQUINA POSIBLE

Estos principios ;Melvin-7lancT, Clausius y Carnot?, nacieron del estudio del

rendimiento de m$!uinas y me&oramiento tecnol"gico de las mismas% Si estos

principios no #ueran ciertos, se podr(a acer #uncionar una central t/rmica tomandoel calor del medio ambiente aparentemente no abr(a ninguna contradicci"n, pues


103/225

el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energ(a interna, pero debemos

seBalar dos cosas.

+ La segunda ley de la termodin$mica no es una consecuencia de la primera, sino

una ley independiente yW

) La segunda ley nos abla de las +*)*!ue eisten al utili0ar la energ(a

en di#erentes procesos, en nuestro caso, en una central t/rmica% No eiste una

m$!uina !ue utilice energ(a interna de una sola #uente de calor%

En si la ciencia aspira en eplicar los #en"menos !ue suceden en nuestro entorno y

a de&ado a la termo el tratar de desarrollar una declaraci"n general, una ley, una

ley cient(#ica !ue epli!ue de alg'n modo todos esos di#erentes #en"menos de una

#orma epl(cita y l"gica, donde la termo a incluido esto en lo !ue se llama S73%

El S73 nos dice !ue todos los procesos de la Naturale0a son irreversibles% Si

anali0amos someramente los procesos naturales, todos presentan al menos una de

estas dos caracter(sticas.

+ No !uedan en absoluto satis#ecas las condiciones de e!uilibrio mec$nico,

!u(mico o t/rmico, es decir, de e!uilibrio termodin$mico, y

) Se producen siempre e#ectos de disipaci"n energ/tica, viscosidad, resistencia

el/ctrica, etc%

Solamente si un proceso se reali0a cuasi-est$ticamente pasar(a por una serie de

estados de e!uilibrio termodin$mico de modo !ue el traba&o !ue reali0a puede

recibirlo en el proceso inverso% 7ara !ue un proceso pueda, pues, considerarse

reversible a de cumplir en de#initiva. primero, !ue sea cuasi-est$tico, y, segundo,

!ue no se desarrolle en el mismo e#ecto de disipaci"n energ/tica%

El S73 aparte de los cambios energ/ticos !ue pueden suceder o no, estudia a la

entrop(a 8S9 del universo si /ste permanece constante, no ay un cambio


104/225

macrosc"pico, el sistema y los alrededores permanecen en e!uilibrio o cuasi en

e!uilibrio% Cuando se abla de procesos reversibles en realidad se est$ aciendo la

aproimaci"n de suponer !ue todos los estados intermedios del sistema a lo largo

de la trayectoria son estados de e!uilibrio o cuasi en e!uilibrio% 7or tanto el an$lisis

de cu$l ser(a la @niversoen un ipot/tico proceso, nos permite conocer a priori si este

va a tener lugar o no%

El inter/s de reali0ar esta 8predicci"n9 es conocer si el proceso va a tener L lugar,

para en el caso contrario buscar procesos acoplados !ue agan #actible la obtenci"n

del sistema en el estado #inal buscado ;e&emplo. el agua no #luye de #orma natural

de aba&o a arriba, pero si acoplamos un proceso en el !ue una masa superior ba&e,

ser$ posible !ue una determinada masa de agua suba?%

'. QU ES LA ENTROPIA?

El concepto de entrop(a #ue introducido por primera ve0 por R% 2% Clausius a

mediados del siglo XIX% Clausius, ingeniero #ranc/s, tambi/n #ormul" un

principio para la Segunda ley.

/N> * @>;(-* @+>9*> '-46)> 96?> );9> +*6-+ &*&* 6) 96*+@> +5> ' > 7 9'-;*)


105/225

En base a este principio, Clausius introdu&o el concepto de entrop(a, la cual es

una medici"n de la cantidad de restricciones !ue eisten para !ue un proceso se

lleve a cabo y nos determina tambi/n la direcci"n de dico proceso% 4amos

aora a ablar de las tres acepciones m$s importantes de la palabra entrop(a%

PRIMERA: L' *)@5'8 ;)&;9' *- &*>+&*) *- 4+'&> &* >+4');'9;) &*

6) ;


106/225

La entrop(a es en este caso una medida del orden ;o desorden? de un sistema o

de la #alta de grados de restricci"n la manera de utili0arla es medirla en

nuestro sistema inicial, es decir, antes de remover alguna restricci"n, y volverla

a medir al #inal del proceso !ue su#ri" el sistema%

Es importante seBalar !ue la entrop(a no est$ de#inida como una cantidad

absoluta ;S. s(mbolo de la entrop(a?, sino lo !ue se puede medir es la di#erencia

entre la entrop(a inicial de un sistema ;S!y la entrop(a #inal del mismo ;S3?%

No tiene sentido ablar de entrop(a sino en t/rminos de un cambio en las

condiciones de un sistema%

SEGUNDA: E)@5' *) @+>9*> +*2*+;(-* @+>9*> ;++*2*+;(-*

4olviendo al e&emplo anterior de la ca&a con separaciones y canicas, vamos a

eplicar !u/ es un proceso reversible y !u/ un proceso no reversible%

Llamamos proceso reversible al !ue se puede invertir y de&ar a nuestro sistema

en las mismas condiciones iniciales% 3eniendo en cuenta nuestra ca&a ya sin las

separaciones, tenemos a las canicas revueltas unas con otras, es decir, sin un

orden% Si el proceso !ue e#ectuamos de !uitar las divisiones #uera reversible,


107/225

las canicas tendr(an !ue ordenarse espont$neamente en a0ules, amarillas y

ro&as, seg'n el orden de las divisiones% E )> >96++;+.

El proceso !ue e#ectuamos con nuestra ca&a de canicas #ue un proceso no

reversible, en donde una ve0 terminado, el orden !ue ab(a en las condiciones

iniciales del sistema ya nunca volver$ a establecerse%

El estudio de este tipo de procesos es importante por!ue en la naturale0a todos

los procesos son irreversibles%

TERCERA: L' *)@5' -' *)*+45' /4'


108/225

La entrop(a, como medida del grado de restricci"n o como medida del desorden

de un sistema, o bien en ingenier(a, como concepto auiliar en los problemas del

rendimiento energ/tico de las m$!uinas, es una de las variables

termodin$micas m$s importantes% Su relaci"n con la teor(a del caos le abre un

nuevo campo de estudio e investigaci"n a este tan 8manoseado9 concepto de

entro(a%

(. CMO SE DETERMINA LA ENTROPA?

La entrop(a como unidad de energ(a es una #unci"n del estado, por ello se debe

identi#icar primero los estados iniciales y #inales, ideali0ar un sistema

reversible entre los estados iniciales y #inales y aplicar la epresi"n

matem$tica.

La determinaci"n de la entrop(a en di#erentes procesos.

+% 7roceso C(clico . [S J *

)% 7roceso Adiab$tico reversible. [S J *

% 7ara cambios de #ase a 3emperatura constante.

% 7ara cambios de #ase a 7resi"n constante. puesto !ue 6p J [:


109/225

A volumen constante.

A presi"n constante.

Determinaci"n de la entrop(a en #unci"n a las variables de estado ; 7, 4 y

3?

9. QU EXPLICA EL CICLO DE CARNOT?

El Ciclo llamado de Carnot es un ciclo reversible !ue consta de cuatro tramos.

dos a temperatura constante ;dos procesos isot/rmicos?, y otros dos sin

absorci"n ni emisi"n de calor ;dos procesos adiab$ticos?% Es decir, se trata de

una trans#ormaci"n bit/rmica ;entre dos temperaturas?%


110/225

Donde.

A1. proceso isot/rmico ;el sistema absorbe energ(a?

1C. proceso isoentr"pico epansivo

CD. proceso isot/rmico

DA. proceso isoentr"pico compresivo ;el sistema libera energ(a?


111/225

3ambi/n en los procesos se puede indicar como.

A 1. se trans#iere reversiblemente 6) desde el dep"sito de alta

temperatura a una sustancia termodin$mica, como resultado de esto

la sustancia se epande isot/rmica y reversiblemente de A 1 yreali0a F+, cuya $rea es Abba%

1 C. la sustancia termodin$mica reali0a una epansi"n adiab$tica de 1 a c,

como resultado de esto la temperatura cae a 3+, y reali0a F) cuya

$rea es 1Ccb%

CD. se trans#iere 6+ isot/rmica y reversiblemente desde la sustancia

termodin$mica acia el dep"sito de ba&a temperatura t+% El traba&oF, cuya $rea es DCcd es reali0ado sobre la sustancia !ue se mueve de

C a D%

D A. la sustancia se comprime reversible y adiab$ticamente desde D a A, la

temperatura sube de 3+ a 3) y F, cuya $rea es Adda, este traba&o

es reali0ado sobre la sustancia%

El traba&o reali0ado en el ciclo ser$. F J 6)Q 6+, aplicando el 773, donde 6 JF, puesto !ue en un ciclo termodin$mico [@ J *%


112/225

El rendimiento te"rico del ciclo de Carnot, como en todas las trans#ormaciones

bit/rmicas, viene dado por.

"

Donde F representa el traba&o producido durante la trans#ormaci"n y 6 )el

calor !ue absorbe del #oco caliente% 7uesto !ue no ay variaci"n de energ(a

interna, por tratarse de un proceso c(clico%

EL CICLO DE CARNOT DE UN GAS PERFECTO:

Cuando el sistema !ue evoluciona en un Ciclo de Carnot es un gas ideal, tanto el

calor absorbido como el calor cedido se puede determinar muy #$cilmente,

puesto !ue sabemos !ue en las trans#ormaciones isotermas se veri#ica !ue el

traba&o necesario para una epansi"n viene dado por la relaci"n.

\ tambi/n sabemos !ue cuando no ay transvase de calor se veri#ica la relaci"n

temperatura-volumen dada por .

Esto !uiere decir, anali0ando los cuatro tramos del Ciclo de Carnot para este

tipo de sistema gaseoso.

7rimer proceso. Epansi"n isot/rmica a temperatura 3) , absorbiendo calor

6), con paso del volumen 4+J4Aal volumen 4)J41.


113/225

Segundo 7roceso. Epansi"n adiab$tica pasando de 3) a 3+ pasando del

4)J41al 4J4C en este proceso se tiene .

3ercer 7roceso. Compresi"n isot/rmica a 3+, cediendo calor 6+, con paso del

volumen 3+, pasando del 4J4Cal 4J4D.

"

Cuarto 7roceso. Comprensi"n adiab$tica pasando del 4J4D al 4+J4A y se

calienta de la 3+ a la 3) y cumple .

Esto nos permite deducir.


114/225

7or lo tanto la e#iciencia de Carnot.

Este resultado es #undamental% Nos indica !ue el rendimiento de un Ciclo de

Carnot depende eclusivamente de las temperaturas de los #ocos #r(o y

caliente y no de las cantidades de calor transvasadas ni del tipo de sustancia

con la !ue #unciona el ciclo%

Consideremos una segunda m$!uina !ue traba&e con una sustancia distinta,

entre las temperaturas 3)y 3+, y !ue sea m$s e#iciente%

ayor e#iciencia se puede obtener de dos #ormas.

+ro% 6+sale del dep"sito a 3+y se reali0a m$s traba&o ]^ ;]^ H ]?, entonces se

libera menos calor 6+_ a deposito de ba&o temperatura 3+; !+_ !+?%

)do% El mismo ] se obtiene absorbiendo menos calor !_) del dep"sito a 3); 6_)

6)?, entonces menos calor pasa al dep"sito a 3+por lo tanto 6_) 6)


115/225

&. PROCESO GENERAL DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO

En sistemas abiertos ;por e&emplo. los sistemas biol"gicos? se re!uiere una

nueva #unci"n de estado !ue incluya tanto energ(a como entrop(a%

Como sabemos la entrop(a es una #unci"n del estado y la entrop(a de un sistema

con l(mites adiab$ticos nunca decrece, aumenta en procesos irreversibles "

espont$neos y permanece constante en procesos reversibles " no espont$neos%

Esto es.

Si H* proceso irreversible

Si J * proceso reversible

Si un sistema aislado no se encuentra en e!uilibrio, evolucionar$

espont$neamente aumentando su entrop(a% Esto es.

En un sistema cerrado !ue no se encuentre en e!uilibrio, los procesos

espont$neos tienen lugar de #orma !ue.


116/225

*. FUNCIONES DE GIBBS " #ELM#OLT$.

Las 5unciones de Gibbs y :elmotl0, se basan tambi/n el estudio de los estados

de e!uilibrio, se conoce m$s como energ(as libres de Gibbs y :elmolt0, !ue

pueden ser anali0ados en sistemas cerrados y abiertos% Estas #unciones

termodin$micas auiliares son etremadamente 'tiles en las aplicaciones de los

principios termodin$micos puesto !ue nos permiten determinar la energ(a comotraba&o a 7 y 3 constante ;Gibbs? y la #unci"n de traba&o a 4 y 3 constante

;:elmotl0?% Estas dos #unciones de energ(a son propiedades etensivas y

dependen de las condiciones iniciales y #inales%

Energ(a Libre de Gibbs% Se e#ect'a a presi"n y temperatura constante, cuya

ecuaci"n es la siguiente.

dG J d: Q d;3S? donde d;3S? se conoce como la energ(a no utili0able%

Sabemos !ue. d: J d@pd4 y 3dS a temperatura constante

Reempla0ando tenemos. dG J d@ 7d4 Q3dS

d@ J 6rev - F y 3dS J 6rev

Entonces. dG J 6revQ F 7d4 Q 6rev

dG J - F 7d4

-dG J FmaQ 7d4 J FNE3O O @3IL

Adem$s. 7d4 se le considera como traba&o no reali0ado por el sistema "

eceso de traba&o%

Si dG J * el proceso es reversible, por lo tanto el estado se encuentra en

e!uilibrio%


117/225

Si dG * el proceso es irreversible " espont$neo

Energ(a Libre de :elmolt0% Se e#ect'a a volumen y temperatura constante,

cuya ecuaci"n es la siguiente.

dA J d@ Q d;3S? si d@ J 6rev- F

Reempla0ando tenemos. dA J 6rev- F Q3dS

y 3dS J 6 rev

Entonces. dA J 6rev Q F Q 6rev

dA J - F

-dA J Fma

Si dA J * el proceso es reversible, por lo tanto el estado se encuentra en

e!uilibrio%

Si dA * el proceso es irreversible " espont$neo

. RELACIONES TERMODINMICAS Y DE LAS FUNCIONES DE GIBBS Y

#ELM#OLT$.

d@ J 3dS Q 7d4 d: J 3dS 4d7

dG J 4d7 Q Sd3 dA J -Sd3 Q 7d4

S*


118/225

4. VARIACIN DE LA ENERGA DE GIBBS CON LA PRESIN >-> @'+'

4'*

D*: dG J 4d7 Q Sd3 y si la temperatura es constante%

T*)*7>:

TERCERA LEY DE LA TERMODINMICA

La tercera de la termo, se basa en el S73, donde la entrop(a depende de la

temperatura absoluta es as( para los s"lidos en su trans#ormaci"n #(sica, a presi"n

constante desde el cero absoluto asta una temperatura menor a la #usi"n.

SLIDO P SLIDO T P

Sabemos !ue. donde. d7 J *

Donde.


119/225

Entonces.

La 3L3, #ue propuesta por 3%F% Ricard en +*) y luego propuso F% Nernst y

completamente desarrollada y aplicada a los problemas !u(micos por G%N% Le]is,

indicaron !ue para toda sustancia pura per#ectamente cristalina S *J*, esto nos

indica el cero absoluto% 7or lo tanto.

Aplicando esta ecuaci"n, para el cambio de estado de #usi"n a vapori0aci"n.

ENTROPIAS DE ALGUNAS SUTANCIAS

S@S3ANCIAS S 2KT S@S3ANCIAS S 2KM

C;S?

M;S?

NaCl;S?

:g;S?

1r);L?

*,)>

=,=*

,>*

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+,*=

:)O;L?

C):

S . EN3RO7IA ES3`NDAR ; )< C?

7/13/2019 COMPENDIO-2014-II-FISICOQUIMIC

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