LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

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1 LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

2 Qué es una sustancia? Es cualquier materia homogénea cuya composición interna y características son constantes, es decir, no varían con el tiempo. Las sustancias se clasifican en puras y mezclas.

3 Mezcla. Tipo de materia que está formada por más de un componente diferente, es decir por diferentes átomos o moléculas o mezclas de átomos y moléculas diferentes y por lo tanto se dice que es impuro. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Mezcla homogénea. Aquellas en que sus componentes no se pueden diferenciar a simple vista. Se conocen con el nombre de soluciones y están constituidas por un soluto y un solvente. Por ejemplo, el agua con azúcar, en donde el agua es el solvente y el azúcar el soluto. Mezcla heterogénea. Aquellas que poseen una composición no uniforme donde se pueden distinguir a simple vista sus componentes al ser físicamente distintas y están distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse mecánicamente.

4 Sustancia pura. Es aquella que presenta una composición química estable, es decir, su composición no varía, aunque cambien las condiciones físicas en que se encuentre, como el agua, el helio, el nitrógeno o el dióxido de carbono. Una sustancia pura no se puede descomponer en otras sustancias más simples utilizando métodos físicos. Una mezcla de varios elementos también puede ser una sustancia pura siempre y cuando la mezcla sea homogénea, por ejemplo, el aire, que es una mezcla de varios gases, pero al tener una composición química uniforme se le considera sustancia pura.

5 Las sustancias, de acuerdo con su estructura física homogénea, las podemos encontrar en 3 fases diferentes: sólida, líquida y gaseosa. Sólida. Sus moléculas están dispuestas en un patrón en forma de red que se repite. En un sólido, las distancias intermoleculares son pequeñas y las fuerzas de atracción entre las moléculas son tan grandes que se considera que mantienen posiciones fijas. Líquida. Las distancias intermoleculares son pequeñas pero las moléculas no están en posiciones fijas entre sí, pueden girar y trasladarse libremente. Las fuerzas intermoleculares son más débiles en relación con los sólidos, pero su fuerza es mayor comparada con la de los gases. Gaseosa. Sus moléculas están muy apartadas, no hay un orden molecular, se mueven al azar con colisiones continuas entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. Sus fuerzas moleculares son muy pequeñas, particularmente a bajas densidades, y las colisiones son el único modo de interacción entre las moléculas.

6 Toda sustancia tiene propiedades. Las propiedades son todas aquellas características que la definen, por ejemplo presión P, temperatura T, volumen V, masa m, viscosidad µ, etc. Las propiedades podemos clasificarlas como extensivas e intensivas.

7 Propiedades extensivas Son aquellas que dependen del tamaño o extensión del sistema; su valor o magnitud cambia si la masa varía. Ejemplo de ellas son: peso, volumen, masa, entropía, entalpia, exergía, energía cinética, etc.

8 Propiedades intensivas son aquéllas independientes de la masa de un sistema. Algunas propiedades extensivas, las podemos convertir en intensivas al dividirlas entre la masa, a estas propiedades se les conoce como propiedades específicas. Ejemplo de ellas son: presión, temperatura, densidad, volumen específico, entalpia específica, etc.

9 Masa y peso Masa. Propiedad de la sustancia cuya magnitud expresa la cantidad de materia en un cuerpo, su unidad en el SI es el kilogramo [kg]. Peso. Fuerza con la que la tierra atrae a cualquier cuerpo y es proporcional tanto a la masa como a la aceleración gravitatoria que este experimenta. Su unidad en el SI es el Newton [N]. WW = mm gg NN

10 Densidad y densidad relativa La densidad se define como la cantidad de materia (masa) por unidad de volumen, se denota por la letra griega ρ. Es una propiedad intensiva. Cantidad escalar. ρρ = mm kkkk VV mm 3 La densidad relativa es la razón entre la densidad de un fluido y la densidad de un fluido patrón, en la mayoría de casos el fluido patrón será el agua. δδ = ρρ ffffffffffff ρρ ppppppppppp [1]

11 Peso específico y volumen específico El peso específico se define como la fuerza de atracción que la tierra sobre un cuerpo por unidad de volumen. Es una propiedad intensiva. Es una cantidad vectorial. mm gg γγ = VV = WW VV = ρ gg NN mm 3 El volumen específico es el volumen ocupado por unidad de masa. Es el recíproco de la densidad. Propiedad intensiva. vv = VV mm = 1 mm 3 ρρ kkkk

12 Fórmulas para el cálculo del volumen Esfera VV = 4 3 ππrr3 Cilindro circular VV = ππrr 2 h

13 Las propiedades son medibles y su valor puede ser dado de manera escalar o vectorial. Cantidad escalar. Aquella que es representada sólo con la magnitud física, está dada con un número y su unidad correspondiente. Cantidad vectorial. Aquella que es representada por su magnitud física y un vector unitario al poseer una dirección. Su valor se representa con una flecha arriba de la letra o testa.

14 Ejemplos de magnitudes escalares: masa: m = 5 [kg] volumen: V = 1 [dm 3 ] tiempo: t = 15 [s] Ejemplos de magnitudes vectoriales: fuerza: FF = 8 NN rr aceleración: aa = 10 mm ȷȷ ss 2 velocidad: vv = 18 mm ss ıı

15 Elaborado por: Ing. Diana Zaragoza Zúñiga Revisado por: Coordinador de Física y Química: Ing. Gabriel Alejandro Jaramillo Morales Jefe de Academia de Fundamentos de Termodinámica y Electromagnetismo: Ing. Martín Bárcenas Escobar Jefa de Academia de Laboratorios: Q. Antonia del Carmen Pérez León Jefa de Departamento de Física y Química: Q. Esther Flores Cruz Profesores: Ing. Yenni Quintana Sánchez M. en C. Joseph Salvador Guevara Flores M. en E. Juan Manuel Gil Pérez M. en E. María del Carmen Melo Díaz Ayudante de profesor: Miriam del Carmen Medina López