República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para La Ingeniería
Universidad Nacional Experimental Rafael María Baralt
Termodinámica
Realizado por:
Chrismar Duran
27.758.411
Los Puertos, Mayo del 2020
INTRODUCCION
SUSTANCIAS
PURAS
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Cambios de Fase en Sustancias Puras: Un Estudio de Propiedades Termodinámicas, Resúmenes de Termodinámica
todo sobre sustancias puras, definiciones y mas
Tipo: Resúmenes
2019/2020
1 / 15
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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para La Ingeniería
Universidad Nacional Experimental Rafael María Baralt
Termodinámica
Realizado por:
Chrismar Duran
27.758.
Los Puertos, Mayo del 2020
INTRODUCCION
SUSTANCIAS
PURAS
La mayor parte de la materia que encontramos consiste en combinaciones de
diferentes sustancias puras. Los químicos emplean el término mezcla, para
referirse a combinaciones de dos o más sustancias en las cuales cada sustancia
retiene su propia identidad química, las mezclas tienen composición variable,
pueden separarse en sustancias puras por métodos físicos, pueden tener
composiciones y propiedades diferentes.
Las mezclas de dividen en dos clases, una es la más fácil de reconocer por las
visibilidad de las diferentes porciones de la muestra que lo integra porque tiene
propiedades claramente diferente, tal mezcla que no es uniforme es denominada
heterogénea, entre los ejemplos más claros está el agua con aceite. La otra clase
de mezcla tiene propiedades uniformes; esta mezcla se describe como una
mezcla homogénea que también se denomina disolución, un ejemplo claro es el
agua y sal. Este tipo de mezcla también se puede dividir en sustancias puras que
son el resultado de la separación por medio físico de esta mezcla que ya no puede
ser dividida más por medio físico, solo puede cambiar de identidad y propiedades
por medio químico. Los cambios químicos en las sustancias puras determinan a
otras dos llamadas compuestos y elementos.
Los elementos no pueden descomponerse en sustancias más simples por cambio
químico. Los compuestos son sustancia que puede descomponerse por medio
químico en sustancias más simples en dos o más elementos, siempre en la
misma relación de masas.
En dichos estado se pueden encontrar las gráficas, con las cuales se entienden
los comportamientos de estas sustancias en cada uno de sus estados y en los
estudios dados se encuentran las diferentes tablas, que se encuentran en todos
los libros de termo lo cual contienen los diferentes valores ya calculados que
resuelve mucho los cálculos para establecer las diferentes características
encontrada en los distintos procesos donde se apliquen las diferentes sustancias
puras.
DESARROLLO
1. Sustancia pura
Una sustancia pura es aquella que presenta una composición química fija. Una
sustancia pura puede estar compuesta de un solo elemento químico o de mezclas
homogéneas de varios elementos, en una misma fase o en fases diferentes.
Las sustancias puras son, entonces, lo contrario de las mezclas, y por lo tanto no
pueden ser descompuestas en sustancias más simples a través de ningún método
ni medio físico. Además, poseen características físicas constantes y fijas,
como densidad, punto de ebullición, etc., y muchas de ellas se pueden reproducir
a una temperatura y presión dadas.
Un claro ejemplo de ello es el agua, simple y abundante, que puede darse en
forma líquida, gaseosa o sólida, pero siempre estará compuesta por los mismos
elementos químicos y siempre responderá igual a las mismas condiciones de
temperatura y presión. En cambio, si le añadimos sal, azúcar y otras sustancias,
alteramos sus propiedades físicas y ya no es una sustancia pura.
2. Fase de una sustancia pura
Existen tres fases principales que puede tener una sustancia: sólida, líquida, o
gaseosa. Sin embargo dentro de una misma fase la sustancia puede presentar
diferentes estructuras moleculares. El carbón, por ejemplo, puede existir como
diamante o granito en fase sólida.
Debemos recordar que las fuerzas de unión entre las moléculas son más fuertes
en sólidos y más débiles en los gases.
3. Procesos de cambio de fase en sustancias puras
Liquido comprimido y liquido saturado
El líquido comprimido (también llamado subenfriado) es
aquel que no está a punto de vaporizarse.
El líquido saturado en tanto es aquel que está a punto de
vaporizarse. Cualquier adición de calor causará que
alguna parte del líquido se vaporice.
Vapor saturado y vapor sobrecalentado
El vapor saturado es aquel vapor que está a punto de
condensarse. Es decir cualquier pérdida de calor de este
vapor causará que alguna parte se condense.
El vapor sobre calentado es aquel vapor que no está a
punto de condensarse.
Temperatura de saturación y presión de
saturación
La temperatura de saturación, 𝑇𝑠𝑎𝑡, es aquella ante la cuál una sustancia pura
cambia de fase ante una presión dada (a una presión de 101.325 kPa, 𝑇𝑠𝑎𝑡 =
99.97°C para el agua).
La presión de saturación, 𝑃𝑠𝑎𝑡, por su parte es aquella presión a la cuál una
sustancia pura cambia de fase ante una determinada temperatura (a una
temperatura de 99.97°C, 𝑃𝑠𝑎𝑡 = 101.325 kPa para el agua).
Algunas consecuencias de la dependencia de 𝑇𝑠𝑎𝑡 y 𝑃𝑠𝑎𝑡
Ha de recordase que la energía absorbida o liberada durante un proceso de
cambio de fase se conoce como calor latente. Específicamente, la cantidad de
energía absorbida durante el cambio de solido a gas se conoce como calor latente
de fusión. En tanto que la cantidad de energía liberada durante la condensación (o
absorbida durante la vaporización) se conoce como calor latente de vaporización.
4. Diagramas de propiedades para procesos de cambio de fase
Diagrama T-v
En el diagrama para el agua se
observan las propiedades en el punto
familiar, pero en algunas condiciones las tres fases de una sustancia pura también
coexisten en equilibrio (Fig. 3-21). En los diagramas P-v o T-v, estos estados de
tres fases forman una línea llamada línea triple. Los estados que se hallan sobre la
línea triple de una sustancia tienen la misma presión y temperatura, pero
diferentes volúmenes específicos. Dicha línea aparece como un punto sobre los
diagramas P-T; por lo tanto, se denomina punto triple. Para el agua, la
temperatura y presión del punto triple son 0.01 °C y 0.6117 kPa,
Diagrama P-T
El diagrama P-T de una sustancia pura, el cual se conoce como diagrama de
fases porque las tres fases están separadas entre sí por tres líneas; la de
sublimación separa las regiones solida y de vapor, la de evaporación divide las
regiones liquida y de vapor, y la de fusión separa las regiones sólida y liquida.
Estas tres líneas convergen en el punto triple, donde las tres fases coexisten en
equilibrio. La línea de evaporación finaliza en el punto crítico porque por encima de
este no es posible distinguir las fases liquida y de vapor. Las sustancias que se
expanden y contraen al congelarse difieren solo en la línea de fusión en el
diagrama P-T
Superficie P-v-T
El estado de una sustancia simple
compresible se determina mediante dos
propiedades intensivas independientes
cualquiera: una vez que se han fijado las dos
propiedades, todas las demás se vuelven
dependientes. Como cualquier ecuación con
dos variables independientes en la forma z
z(x, y) representa una superficie en el
espacio, es posible representar el
comportamiento P-v-T de una sustancia
como una superficie en el espacio, como se
muestra en las figuras 3-24 y 3-25, en las
que T y v podrían considerarse como las
variables independientes (la base) y P la
variable dependiente (la altura).
Todos los puntos sobre la superficie
representan estados de equilibrio. La totalidad
de los estados a lo largo de la trayectoria de un
proceso de cuasi equilibrio yacen sobre la
superficie P-v-T, ya que tal proceso debe pasar
por estados de equilibrio. Las regiones de una
sola fase aparecen como superficies curvas
sobre la superficie P-v-T, mientras que las de dos como superficies perpendiculares
al plano P-T. Esto es de esperarse porque las proyecciones de las regiones de dos
fases sobre el plano P-T son líneas.
5. Tablas de propiedades
Para la mayoría de las sustancias, las relaciones entre las propiedades
termodinámicas son demasiado complejas para ser expresada por ecuaciones
simples. Consecuentemente, las propiedades con frecuencia son presentadas en
forma de tablas.
Entalpía: una propiedad de combinación
La entalpía 𝐻 es una propiedad que constituye la combinación de la energía
interna y el trabajo o energía de flujo.
En forma de entalpia específica ℎ sería
igual a:
Estados de líquido saturado y de
vapor saturado
El subíndice f se emplea para denotar
propiedades de un líquido saturado y el subíndice
g para expresar las propiedades de vapor
saturado. Estos símbolos son de uso común en
termodinámica y provienen del alemán. Otro
subíndice común es fg, el cual denota la
diferencia entre los valores de vapor saturado y
líquido saturado de la misma propiedad. Por
ejemplo,
v f
⫽ volumen específico del líquido saturado
v g
⫽ volumen específico del vapor saturado
v fg
⫽ diferencia entre v g
y v f
(es decir, v fg
⫽ v g
- v f
Sin embargo, con estas relaciones se obtienen los cambios en las propiedades y
no sus valores en estados específicos. Por lo tanto es necesario elegir un estado
de referencia conveniente y asignar un valor cero para una propiedad o
propiedades convenientes en ese estado: para el agua, el estado de líquido
saturado a 0.01 ºC se toma como el estado de referencia, y a la energía interna y
la entropía se les asignan valores cero. Para el refrigerante 134ª se toma como
estado de referencia el del líquido saturado a -40 ºC, y a entalpia y entropía se les
da el valor cero. Observe que algunas propiedades tienen valores negativos como
consecuencia del estado de referencia elegido.
6. Ecuación de estado de gas ideal
Una de las ecuaciones más simples que relaciona las propiedades de un sistema
es la ecuación de estado de gas ideal.
Una ecuación de estado es cualquier ecuación que relacione la presión, la
temperatura, y el volumen especifico de una sustancia.
La ecuación de estado de gas ideal plantea que la presión de un gas varía de
forma proporcional con la temperatura e inversamente proporcional con su
volumen.
Donde 𝑅 es una constante de proporcionalidad llamada constante del gas. En la
expresión anterior 𝑃 es la presión absoluta y 𝑇 es la temperatura en grados
Kelvin.
La constante del gas 𝑅 es diferente para cada gas y es determinada a partir de la
siguiente expresión:
Donde 𝑅𝑢 es la Constante
universal de los gases y 𝑀 es la masa molar o el peso molecular de la sustancia
del gas.
La masa de un sistema 𝑚 es igual al producto de su masa molar y el número de
mol 𝑁 (cantidad de sustancia; número de átomos, moléculas, iones, y electrones
de una sustancia que equivalente a la cantidad de átomos en 12 gramos de
carbono-12).
La ecuación de estado de gas
ideal entonces podría
reescribirse de diferentes
maneras:
Donde 𝑉es el volumen especifico molar.
La ecuación de estado de gas ideal para un sistema de masa fija en dos estados
diferentes (estado 1 y 2) lleva a la siguiente
expresión.
¿El vapor de agua es un gas ideal?
El error en que se incurre al
considerar el vapor de agua
como un gas ideal se
calcula y se representa en la
figura 3-47, en la que es
claro que a presiones
inferiores a 10 kPa el vapor
de agua se puede
considerar como un gas
ideal, sin importar su
temperatura, con un error
insignificante (menor de 0.
por ciento). Sin embargo, a
presiones superiores
suponer que el vapor de
agua es un gas ideal
produce errores
inaceptables, en particular
-A altas temperaturas (𝑇𝑅>2), un gas se comporta como gas ideal con
independencia de la presión a menos de que 𝑃𝑅≫1.
-La desviación del comportamiento de gas ideal es mayor en la vecindad del punto
crítico.
Cuando se da la presión y el volumen específico, o la temperatura y el volumen
específico (envés de𝑃y𝑇) se debe definir el volumen específico pseudo reducido,
𝑣𝑅, de manera tal que se eviten tediosas iteraciones
CONCLUSIÓN
El comportamiento de las sustancias puras son complejas ya que son estudiadas
como si fueran unos gases ideales para la teoría, como se observa en las distintas
acciones en la transformación de ellos en cada una de los procesos donde se
estudió la acción según la presión con el volumen y la temperatura de dichos
elementos los cuales actúan distintos con respecto a los procesos activos a los
cuales son sometidos.
Una vez calculado el proceso por medio de las tablas predeterminadas en los
distintos libros de termodinámica, donde se encuentran los valores para una cierta
cantidades de procesos, los cuales dan valores relativos los cuales se podrán
interpolar o extrapolar según la necesidad real calculado a raíz de las formulas.