UNIDAD Nº 1: GASES REALES

Transcripción

1 UNIDAD Nº 1: GASES REALES UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO FAC. DE CS AGRARIAS AÑO 2012 Lic. Liliana Albornoz 1

2 LEYES DE LOS GASES IDEALES 2

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4 LEY DE BOYLE Ley de Boyle (1662) V = k 2 P PV = constante (k 2 ) para n y T constantes Para 2 estados diferentes: P 1 V 1 = cte = P 2 V 2 La presión de una cierta cantidad de gas ideal a T cte. Es inversamente proporcional al volumen. 4

5 Ley de Charles Charles (1787) V T A presión constante, una cierta cantidad de gas ideal, aumenta el volúmen en forma directamente proporcional a la T. V = k 3 T para n y P constantes Para 2 estados: V 1 /T 1 = cte=v 2 /T 2 5

6 Ley de Gay-Lussac Gay-Lussac (1802) P α T A volumen constante, una cierta cantidad de gas ideal, aumenta la presión en forma directamente proporcional a la T. P = k 4 T para n y V constantes Para 2 estados: P 1 /T 1 = cte=p 2 /T 2 6

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9 MEZCLA DE GASES 9

10 Ley de Dalton de las presiones parciales Las leyes de los gases se aplican a las mezclas de gases. Presión parcial: Cada componente de una mezcla de gases ejerce una presión igual a la que ejercería si estuviese él sólo en el recipiente. 10

11 Ley de Dalton (Ley de las Presiones parciales) P tot = P A + P B + P C + Pi = Xi P T Xi = n i = ni. n T n A + n B n C +... La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las Presiones parciales. 11

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13 DEFICIENCIAS DEL MODELO UTILIZADO

14 GASES REALES 14

15 DESVIACIONES DEL COMPORTAMIENTO IDEAL DE UN GAS REAL El grado en que un gas real se aparta del comportamiento ideal puede verse reacomodando la ecuación general del gas ideal. n = P.V / R.T Si n = 1, entonces la cantidad PV/RT es igual para diferentes gases.

16 Desviación del comportamiento ideal 1 mol de gas ideal PV = nrt n = PV RT = 1.0

17 DESVIACIONES DEL COMPORTAMIENTO IDEAL DE UN GAS REAL Gráfica para 1 mol de distintos gases en función de la presión. Los gases reales se desvían del comportamiento ideal a presiones altas. A presiones bajas la desviación del comportamiento ideal es pequeña.

18 Gráfica de 1 mol de un mismo gas en función de la presión a diferentes temperaturas. Al aumentar la T, el comportamiento del gas se aproxima al ideal. Las desviaciones aumentan a medida que nos aproximamos a la temperatura de licuefacción del gas.

19 Según la Teoría Cinética Molecular los gases carecen de fuerzas de atracción y no poseen volumen sus partículas.

20 El espacio libre por el cual pueden moverse la moléculas es un poco menor al del sistema. En b) el volumen es menor por un aumento de presión, por lo tanto el volumen de las partículas se hace más significativo, y el espacio vacío del sistema es menor Esto genera que el V del gas sea mayor al del espacio vació.

21 Además las fuerzas de atracción son importantes a distancias cortas, por lo tanto se hacen importantes cuando el volumen es pequeño. Esto genera que la fuerza de los impactos de las partículas con las paredes del recipiente sean menores. Esto genera que la presión del gas sea menor.

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24 Se aproximan al comportamiento ideal a altas temperaturas y a bajas presiones.

25 Qué sucede con los gases reales que se trabajan en condiciones que no son las apropiadas?

26 Para predecir el comportamiento de los gases reales en condiciones poco apropiadas para suponer comportamiento ideal, se deber realizar una corrección e la Ecuación General de los Gases.

27 P = V RT a b V 2 m m

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29 La limitación principal de la ley del gas ideal en que no predice que un gas se pueda licuar en condiciones apropiadas Isotermas calculadas para el dióxido de carbono, modeladas como un gas de van der Waals. Volumen y composición de un sistema conteniendo CO 2 a 258K en los puntos a, b, c y d indicados en la figura superirio

30 Ecuación de estado del virial Dadas las desviaciones, se puede suponer que la ley ideal es e primer término de una expresión más compleja de la forma: B C P V = n R T( V V...) Los coeficientes B, C, Son función de T y se llaman los coeficientes viriales. Se denominan segundo coeficiente virial, tercer coef. virial... m m + B(T) es el segundo coeficiente virial y se puede calcular de las fuerzas de interacción entre pares. C(T) es el tercero e implica la interacción entre tres partículas La ecuación virial tiene limitaciones, en particular a altas densidades o bajas temperaturas.

31 qué tan grande es el error de las curvas P-V si se usa la ley de los gases ideales en lugar de la ecuación de estado de van der Waals? FACTOR DE COMPRESIÓN Para exponer más claramente las desviaciones que presentan los gases reales respecto del comportamiento ideal, se representa el cociente del volumen real observado respecto al volumen molar del gas ideal. Esta relación se denomina factor de compresión Z Z = V V m m real ideal

32 LEY DE LOS ESTADOS CORRESPONDIENTES Los fluidos demuestran la misma desviación respecto del comportamiento del gas ideal cuando se hallan a una misma distancia relativa a su punto crítico (valores reducidos: Tr, Vr y Pr) Tr = T Pr = P P c Vr = V T c V c Todos los fluidos poseen el mismo valor de Z cuando se los compara con el mismo valor de Tr y Pr

33 MÉTODO DEL CÁLCULO GRÁFICO Gráfica de Hougen-Watson-Ragatz. El factor de compresibilidad como una función de la presión reducida y la temperatura reducida.