TERMODINÁMICA

¿QUE ES UN GAS IDEAL?

Un gas ideal es un conjunto de átomos o moléculas que se mueven libremente sin interacciones. La presión ejercida por el

gas se debe a los choques de las moléculas con las paredes del recipiente. El comportamiento de gas ideal se tiene a bajas

presiones es decir en el límite de densidad cero. A presiones elevadas las moléculas interaccionan y las fuerzas

intermoleculares hacen que el gas se desvíe de la idealidad.

¿QUE ES UN GAS REAL?Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momento en el que no ocuparía mas volumen.

Esto se debe a que entre sus átomos / moléculas se establecen unas fuerzas bastante pequeñas, debido a los

cambios aleatorios de sus cargas electrostáticas, a las que se llama fuerzas de Van der Waals. Ecuación de Van der

Waals para un gas real:

¿QUE ES EFUSIÓN?

La efusión es el proceso que ocurre cuando un gas que está bajo presión escapa de un recipiente hacia el exterior por

medio de una abertura. Se sabe por medio de demostraciones que la velocidad de efusión es directamente

proporcional a la velocidad media de las moléculas.

El fenómeno de efusión está relacionado con la energía cinética de las moléculas. Gracias a su movimiento

constante, las partículas de una sustancia se distribuyen uniformemente en el espacio libre. Si hay una concentración mayor de partículas en un punto, habrá más choques entre sí y que se moverán hacia las regiones de menor número:

las sustancias se e funden de una región de mayor concentración a una región de menor concentración.

¿QUE ES DIFUSIÓN?La difusión (también difusión molecular) es un proceso

físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía (Desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y

el medio donde se difunden o disuelven.

Normalmente los procesos de difusión están sujetos a la Ley de Fick. La membrana permeable puede permitir el

paso de partículas y disolvente siempre a favor del gradiente de concentración. La difusión, proceso que no requiere aporte energético, es frecuente como forma de

intercambio celular.

POSTULADOS

TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR

TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR DE LOS GASESEn 1738 Daniel Bernoulli dedujo la Ley de Boyle aplicando a las moléculas las leyes del movimiento de Newton, pero su trabajo fue ignorado durante más de

un siglo.

Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron renacer las ideas sostenidas por Bernoulli y en el período entre 1848 y 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinético-

molecular, también llamada teoría cinética de los gases, que se basa en la idea de que todos los gases se comportan de la misma manera en lo referente al

movimiento molecular .

En 1905 Einstein aplicó la teoría cinética al movimiento browniano de una partícula pequeña inmersa en un fluido y sus ecuaciones fueron confirmadas por los experimentos de Jean Perrín en 1908, convenciendo de esta forma a los energéticos de la realidad de los átomos. La teoría cinética de los gases

utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico de la materia y se basa en los siguientes postulados:

POSTULADOS► Los gases están constituidos por partículas que se mueven en

línea recta y al azar

► Este movimiento se modifica si las partículas chocan entre si o con las paredes del recipiente

► El volumen de las partículas se considera despreciable comparado con el volumen del gas

► Entre las partículas no existen fuerzas atractivas ni repulsivas

► La ecuación media de las partículas es proporcional a la temperatura absoluta del gas

LEY DE GRAHAM

La ley de Graham, formulada en 1829 por el químico británico Thomas Graham, establece que las velocidades de difusión y efusión de los

gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus respectivas masas molares. Siendo v las velocidades y M las masas

molares.

Efusión es el flujo de partículas de gas a través de orificios estrechos o poros. Se hace uso de este principio en el método de efusión de

separación de isótopos.

En física y química se denomina cambio de estado a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin

que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más

estudiados y comunes en la Tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso; no

obstante, el estado de agregación más común en el Universo es el plasma,

material del que están compuestas las estrellas (si se descarta la materia

oscura).

Cambio de estado

Son los procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición.

Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia.

Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta.

CAMBIOS DE LA MATERIA

Vaporización y ebullición: Son los procesos físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso. el calor se emplea en la conversión de agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización..

Sublimación: Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

Deionización: Es el cambio de un plasma a gas. Ionización: Es el cambio de un gas a un plasma.

LEY DE JOHN DALTON

Presiones parcialesEn 1801 John Dalton postulo “ los componentes de una

mezcla gaseosa parecieran ejercer presión sobre las paredes del recipiente en el cual estaban confinados

de manera independiente unos de otros”.

La ley de las presiones parciales de DALTON establece que la presión total que un gas ejerce una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de

los gases individuales.

La ley de las presiones parciales de Dalton se cumple en la mayoría de las mezclas gaseosas siempre y

cuando los gases no reaccionen

PT = P1 + P3 + P3 + ……… + P n

DEFINICIÓN

Cuando se colocan en un recipiente varios gases que no reaccionan entre sí, las partículas de cada gas chocan

contra las paredes del recipiente, independientemente de la presencia de los otros gases.

Esta ley dice: “la presión total de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de los gases que

la componen”

La mayoría de los gases son insolubles al agua, por lo que en el laboratorio se obtienen fácilmente con el método de

desplazamiento del agua. Por tanto para calcular la presión del gas seco, es necesario conocer la presión del vapor de agua a

esa temperatura.

La presión que ejerce un gas es proporcional al número de moléculas presentes en el gas, e independientemente de su naturaleza. En una mezcla gaseosa cada uno de los gases

obedece la ecuación del gas ideal, por lo tanto:

Si todos los gases se encuentran en las mismas condiciones de volumen y temperatura, tenemos:

UNIVERSIDAD DE LOS ANGELES

INGENIERIA EN MECATRÓNICA

PRESENTACIÓN TERMODINÁMICA

EDUARDO CARRERA REYES