Fugacidad. Mezcla de gases ideales

Documentos relacionados
TERMODINÁMICA AVANZADA

Disoluciones. Disolución ideal. Disolución ideal. Disolución ideal. Disolución ideal

TERMODINÁMICA AVANZADA

Aplicación de la termodinámica a las reacciones químicas Andrés Cedillo Departamento de Química Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa

Lección: Disoluciones

1. Actividad y Coeficientes de actividad

Electricidad y calor

Electricidad y calor. Un repaso... Temas. 4. Primera ley de la Termodinámica. Webpage: Algunas definiciones

2.1. Sustancias puras. Medida de los cambios de entalpía.

4 BALANZA DE MOHR: Contracción de mezcla alcohol/h2o

NÚMEROS COMPLEJOS. y sabemos que no podemos calcular raíces de números negativos en R. Para resolver este problema introduciremos el valor i = 1

Propiedades Termodinámicas de Equilibrio. Determinación de estado de equilibrio de fases.

Tema 4: Variables aleatorias

16/07/2012 P= F A. Pascals. Bar

TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO CAPÍTULO V. EQUILIBRIO DE REACCIÓN QUÍMICA

Guía de Electrodinámica

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA. Ingeniería Química

Equilibrio termodinámico entre fases fluidas

3. VARIABLES ALEATORIAS.

Resumen de los teoremas fundamentales del análisis estructural aplicados a celosías

Solución: Se denomina malla en un circuito eléctrico a todas las trayectorias cerradas que se pueden seguir dentro del mismo.

CAPITULO 2 VELOCIDAD DE REACCIÓN, ESTEQUIOMETRÍA Y EQUILIBRIO

Campo eléctrico. Líneas de campo. Teorema de Gauss. El campo de las cargas en reposo. Campo electrostático

v i CIRCUITOS ELÉCTRICOS (apuntes para el curso de Electrónica)

Capitalización y descuento simple

Determinación de Puntos de Rocío y de Burbuja Parte 1

Consideremos un sólido rígido sometido a un sistema de fuerzas en equilibrío, es decir

Smoothed Particle Hydrodynamics Animación Avanzada

Vectores VECTORES 1.- Magnitudes Escalares y Magnitudes Vectoriales. Las Magnitudes Escalares: Las Magnitudes Vectoriales:

Reconciliación de datos experimentales. MI5022 Análisis y simulación de procesos mineralúgicos

IES Menéndez Tolosa (La Línea) Física y Química - 1º Bach - Gráficas

DEPARTAMENTO DE INDUSTRIA Y NEGOCIO UNIVERSIDAD DE ATACAMA COPIAPO - CHILE

Unidad I Definición de reacción de combustión Clasificación de combustibles

8 MECANICA Y FLUIDOS: Calorimetría

CAPITULO IV SISTEMAS DE COMPORTAMIENTO REAL Y EQUILIBRIO DE FASES

6.1 EN QUÉ CONSISTEN LOS NÚMEROS COMPLEJOS

Dualidad entre procesos termodinámicos y electromecánicos

Fundamentos de Física Estadística: Problema básico, Postulados

EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR EN UN SISTEMA NO IDEAL

PROBLEMAS DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA (Diodos)


TEMA 4. TRABAJO Y ENERGIA.

TEMA 8: PRÉSTAMOS ÍNDICE

Unidad II: Análisis de la combustión completa e incompleta Aire

Relaciones entre variables

FUNDAMENTOS QUIMICOS DE LA INGENIERIA

TEMA 6 AMPLIFICADORES OPERACIONALES

ACTIVIDADES INICIALES

Laboratorio de Química Física I. Curso Clara Gómez. Remedios González. Rafael Viruela.

INSTITUTO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

Tema 1.3_A La media y la desviación estándar

Conceptos fundamentales de Termodinámica

Una matriz es un conjunto de elementos de cualquier naturaleza aunque, en general, son números ordenados en filas y columnas.

3. ANALISIS DE UNIDADES SIMPLES

EL MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS POR GUILLERMO HERNÁNDEZ GARCÍA

OPERACIONES ARMONIZACION DE CRITERIOS EN CALCULO DE PRECIOS Y RENDIMIENTOS

TEMA 3. VARIABLE ALEATORIA

Tema 4. Energía libre y equilibrios químicos

MECÁNICA CLÁSICA MAESTRÍA EN CIENCIAS (FÍSICA) Curso de Primer Semestre - Otoño Omar De la Peña-Seaman. Instituto de Física (IFUAP)

1. Modelos Expresados en Variables de Estado 1

Tema 1. Conceptos Básicos de la Teoría de Circuitos

1. PROPIEDADES DEL GAS NATURAL 1.1 INTRODUCCIÓN

MÁQUINAS TÉRMICAS. Aspectos Fundamentales de Termodinámica. Mayo 2012 ASPECTOS FUNDAMENTALES

RESISTENCIAS EN SERIE Y LEY DE LAS MALLAS V 1 V 2 V 3 A B C

Tema 1: Estadística Descriptiva Unidimensional Unidad 2: Medidas de Posición, Dispersión y de Forma

DEFINICIÓN DE INDICADORES

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LOS COEFICIENTES DE ACTIVIDAD DE AMINOÁCIDOS EN SOLUCION ACUOSA MARIA EUGENIA GONZALEZ JIMÉNEZ

CAPÍTULO 5 REGRESIÓN CON VARIABLES CUALITATIVAS

Tema 1: Análisis de datos unidimensionales

Capítulo 3. SISTEMAS DE PARTÍCULAS

REGRESION LINEAL SIMPLE

TERMODINÁMICA FUNDAMENTAL. TEMA 3. Primer principio de la termodinámica

i=1 Demuestre que cumple los axiomas de norma. Calcule el límite Verifiquemos cada uno de los axiomas de la definición de norma: i=1

Números complejos. Actividades. Problemas propuestos. Matemáticas 1 Bachillerato? Solucionario del Libro

CÁLCULO DE INCERTIDUMBRE EN MEDIDAS FÍSICAS: MEDIDA DE UNA MASA

Tema 3. Trabajo, energía y conservación de la energía

Problemas donde intervienen dos o más variables numéricas

Tema 3. Estadísticos univariados: tendencia central, variabilidad, asimetría y curtosis

CAPÍTULO IV: MODELOS MATEMÁTICOS Y MODELOS EN RED

Métodos específicos de generación de diversas distribuciones discretas

Resumen TEMA 1: Teoremas fundamentales de la dinámica y ecuaciones de Lagrange

COMPARADOR CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

ELECTROSTÁTICA. CAMPO ELÉCTRICO EN EL VACÍO.

Regresión Lineal Simple y Correlación

Cifrado de imágenes usando autómatas celulares con memoria

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL.

INTRODUCCIÓN. Técnicas estadísticas

En un mercado hay dos consumidores con las siguientes funciones de utilidad:

1. Lección 7 - Rentas - Valoración (Continuación)

Tema 3. Sólido rígido.

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA, CUCEI DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II

1. MODELAMIENTO DE SISTEMAS: FUNDAMENTOS

Colección de problemas de. Poder de Mercado y Estrategia

Correlación y regresión lineal simple

Cantidad de movimiento

CAPITULO 7. METODOLOGÍA DEL PLAN DE PENSIONES ALTERNATIVO. Como se explica en el capítulo 4, una anualidad es una serie de pagos que se realizan

MATEMÁTICAS para estudiantes de primer curso de facultades y escuelas técnicas

Modelos unifactoriales de efectos aleatorizados

Sistema binario. Disoluciones de dos componentes.

OSCILACIONES 1.- INTRODUCCIÓN

Transcripción:

Termodnámca del equlbro Fugacdad. Mezcla de gases deales rofesor: Alí Gabrel Lara 1. Fugacdad 1.1. Fugacdad para gases Antes de abarcar el caso de mezclas de gases, debemos conocer como podemos relaconar el valor de la energía lbre de Gbbs de un componente puro en un estado termodnámco con su correspondente valor en otro estado. Como punto de partda tenemos que; dg = V d S dt (1) Ahora s escrbmos esta expresón para un componente gaseoso puro que se comporte como gas deal, entonces: dg g = V g d (a T constante) dg g = d = d ln (2) G g = R T ln + Γ (T ) (3) donde Γ (T ) es una constante de ntegracón que solo depende de T. Al aplcar la ecuacn (3) a un gas puro real; G = R T ln f + Γ (T ) (4) donde f se denomna fugacdad, con la restrccón que cuando 0 entonces f. La fugacdad tene una ventaja sobre la energía de Gbbs y es que su aplcacón a mezcla es una extensón drecta de su aplcacón a fludos puros ara la evaluacón de la fugacdad smplemente restamos las ecuacones (4) de (3) y nos queda; G (T, ) G g (T, ) = (ln f f ln ) = ln (5) De esta manera, la fugacdad de un componente puro, la cual tene undades de presón, se defne como: [ ] G (T, ) G g f = exp (T, ) [ ] G R = exp (T, ) (6) O lo que es lo msmo; ln f = ln ϕ = GR donde ϕ se denomna coefcente de fugacdad, con la restrccón que cuando 0 entonces ϕ 1. 1 (7)

El coefcente de fugacdad es smplemente otra manera de caracterzar la resdual de la energía lbre de Gbbs a T y fja y es admensonal El coefcente de fugacdad, se puede evaluar medante una EDE. Sabendo que para un fludo que se comporte como gas deal; G g = V g = (8) T Entonces, G (T, ) G g (T, ) = =0 [ V V g ] d = R T 0 (Z 1) d En resumen, con una EDE explícta en V o a través de propedades resduales: ln f = ln ϕ = (Z 1) d 0 = GR (9) (10) Una representacón gráfca del coefcente de fugacdad, ϕ, se presenta en la fgura adyacente. La regón rayada en la msma representa el valor numérco negatvo de la ecuacón (10) y representa la desvacón del comportamento de un gas real con respecto al comportamento deal. Real GI T > T C El coefcente de fugacdad es una medda de nodealdad y en la mayoría de los casos es < a 1 L SAT V SAT 0 Empleando las cartas de Lee/Kesler, el coefcente de fugacdad es gual a: ϕ = ϕ 0 ϕ 1 ω (11) V donde ω es el factor acéntrco, ϕ 0 y ϕ 1 son funcones de T r y r 1.2. Fugacdad para líqudos S la sustanca pura se encuentra en estado líqudo, tambíen es posble emplear el concepto de fugacdad. Vemos que cuando estamos por debajo del punto de T c las sotermas son dferentes a las del caso de gases. En la fgura, el punto A representa vapor, B es vapor urado, C es lqudo urado y D es lqudo. Cuando el sstema se encontraba en equlbro fásco (T y constantes), se debe cumplr que: G = G α G β = 0 Sendo α y β eran dos fases cualquera. Ahora, s decmos que α = V (vapor) y β = L (líqudo) entonces para un componente puro; 2

de donde podemos escrbr que; or lo tanto; G V ln G V G g = G L = GL G g V L f f = ln f V Sabendo esto, y aplcando esto entre los puntos C y D de la fgura, entonces podemos establecer que: f C = f B = f con lo cual no hay dstncón entre la fase vapor y líqudo por lo tanto para calcular la fugacdad de líqudo urado podemos usar cualquera de los métodos descrto para la fase gaseosa. Ahora para calcular la fugacdad entre C y D tenemos que otros métodos: = f L (a) Mtodo de oyntng. Este método parte de la defncón de fugacdad aplcada a los puntos de nterés, es decr el punto de líqudo subenfrado D y el punto de líqudo urado C: dg = V d d ln f f D D ln = V f d Como se puede consderar que los líqudos son ncompresbles cuando T r < 0,9 entonces V saldría de la ntegral y nos queda: f D ln = V L f f D f D = f exp = ϕ [ V L exp [ V L ] ] (b) EDE. Sabemos que cuando usamos un EDE cúbca para predecr el ELV tenemos; Entonces la parte líquda toma nuevamente el comportamento descrto por la ecuacón (10) con la dferenca que Z = Z L 3

2. Mezcla de gases deales Como gas deal es aquel cuya ecuacón volumétrca de estado, a todas las temperaturas, presones y densdades es; V = n (12) y cuya energía nterna es una funcón solo de T. Una mezcla de gas deal es la que tene una densdad tan baja que sus moléculas no nteractúan de modo aprecable. En este caso la ecuacón volumétrca tendrá la msma forma que (12) y su energía nterna ser smplemente la suma de las energía nternas de cada uno de los gases deales contrbuyentes y, por lo tanto, solo ser funcón de la temperatura y del número de moles. Es decr; V = (n 1 + n 2 + ) = = n (13) y U g (T, ) = j j U g j (T ) (14) De esta manera, para defnr las propedades molares parcales correspondentes para cada una de las propedades anterores, debemos: ( C ) (nu) U (T, x ) = = U g j = U g (15) n T,,n j n T,, con respecto al volumen, tendríamos: (nv ) V (T, x ) = = n T,,n j n ( C ) T,, = n n = = V g (16) La presón parcal de la espece en una mezcla de gas, denotada p, se defne para una mezcla de gas, tanto deal como no deal, como el producto de la fraccón molar de la espece por la presón total, o sea, p = y (17) ara la mezcla de gas deal; p mezcla = n = C n C [ C V ] = n R T V = p (18) Es decr, para la mezcla de gas deal, la presón parcal de la espece es gual a la presón que se ejercería s se encontrara el msmo número de moles de esa espece, n en el msmo volumen V y se conservaría a la msma T que la mezcla. Este comportamento de las mezclas de gases deal dó paso al teorema de Gbbs: Una propedad molar parcal (dstnta al volumen) de una espece que consttuya una mezcla de gases deales es gual a su correspondente propedad molar como un gas deal puro que se encuentre a la msma T de la mezcla pero a una presón gual a su presón parcal en dcha mezcla. 4

Matemátcamente, expresa que para una propedad molar parcal arbtrara M g que: V g se cumple M g (T, ) = M g (T, p ) (19) En base a esto, las propedades termodnámcas que no dependen de la presón para gases deales, como lo son la energía nterna y la entalpía, quedarán expresadas como: U g Sabemos que por el teorema de Euler; (T, ) = U g U g = y U g (T, p ) = U g (T ) (20) = y U g (21) De forma smlar; H g = y H g (22) Con las propedades que dependen de la presón, como la entropía: ds = C dt T Rd Al ntegrar esta ecuacón entre p y y consderando que la T se mantene constante tal como lo ndca el teorema de Gbbs. S g (T, ) S g d (T, p ) = R = R ln p p = R ln = R ln y y Ahora al aplcar a la ecuacón (24) el Teorema de Gbbs S g de Euler, quedara; (23) S g (T, p ) = S g (T, ) R ln y (24) (T, ) = S g (T, p ) y el teorema S g (T, ) = S g (T, ) R ln y y S g (T, ) = y S g (T, ) y R ln y S g = y S g R y ln y (25) ara la energía lbre de Gbbs de una solucón de gas deal tenemos; G g = H g = H g G g (T, ) = G g T S g T S g G g = H g (T, p ) T + ln y ( S g R ln y ) = G g + ln y = µ (26) 5

Aplcando el teorema de Euler a (26) G g = y G g = y G g + y ln y = y µ (27) Ahora ben, de la defncón de energa lbre de Gbbs para un proceso a T constante; susttuyendo en (26) G g = Γ (T ) + ln (28) G g = y (Γ (T ) + ln ) + y ln y = y [Γ (T ) + ln + ln y ] = y [Γ (T ) + ln ( y )] G g = y ln ( y ) + y Γ (T ) (29) Al susttur (28) en (26) tendremos la expresón del potencal para una mezcla de gases deales; µ g = Γ (T ) + ln + ln y = Γ (T ) + ln (y ) (30) De esta manera, por analogía a un componente gaseoso puro, la fugacdad del componente puro en un mezcla de gases deales ser ˆf g = y En la sguente tabla se resume las propedades molares parcales de un componente en una mezcla de gases deales (mezclado a T y constantes) Energa nterna Entalpa Volumen Entropa Energa lbre de Gbbs U g (T, y ) = U g (T ) H g (T, y ) = H g (T ) g Um = 0 Hg m = 0 V g (T,, y ) = V g (T, ) Vm g = 0 S g (T,, y ) = S g (T, ) R ln y Sm g = R C y ln y G g (T,, y ) = G g (T, ) + R T ln y =1 G g m = R T C =1 y ln y 6