Clase 07 Unidad II DIM 404

Universidad Católica del Norte
Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas

Antofagasta
TERMODINÁMICA
DIMM-404
Natalia Rojas Parra.
Ing. Civil Químico.
natalia.rojas01@ucn.cl
CONTENIDOS
UNIDAD 2: Equilibrio de sistemas condensados y gases.

 2.1. Equilibrio termodinámico.
 2.2. Energía libre de Gibbs y constante de equilibrio.
 2.3. Equilibrios de reacciones gaseosas.
2
GASES
En la fase gaseosa las moléculas están bastante apartadas unas
de otras y no hay un orden molecular, se difunden rápidamente.
Permanecen en continuo choque entre sí y con las paredes que
los contienen.
Las fuerzas intermoleculares son pequeñas, y las colisiones
entre las moléculas tienen un nivel de energía
considerablemente mayor que las fases sólidas y líquidas.
Su densidad es pequeña comparada con los otros dos estados.
3
GASES
 Se entiende por gas a la fase de la materia que no tiene un
volumen ni forma definidos, es decir, su volumen y forma
dependen del recipiente que lo contiene, donde sus partículas
(átomos o moléculas) se encuentran separadas unas de otras y se
mueven libremente en todas las direcciones.
 Un gas es un fluido que se caracteriza por la poca cohesión que

existe entre sus moléculas, motivo por el cual debe estar
contenido en un recipiente cerrado. 4
GASES
Así, una cantidad (n) de gas contenido en un recipiente de

volumen (V) a una temperatura (T) ejerce una presión (P)
sobre las paredes del recipiente.
 ¿Cómo se relacionan estas variables?, Se relacionan mediante

una ecuación de estado denominada “Ecuación de Estado del
Gas Ideal”
5
GASES
LEY DE GASES IDEALES
PV = nRT

 Donde
n = cantidad de gas [mol]

V = volumen recipiente (gas) [lt]
P = presión absoluta[atm]
T = temperatura absoluta[K]
R = constante de los gases = 0,08206 lt atm / mol K
= 8,314 kJ/ kmol °K = 8,314 kPa m3 / kmol °K 6
= 0,082 lts atm / mol °K = 0,08314 bar m 3 / kmol °K
GASES
Para satisfacer esta ecuación se deben cumplir ciertos requisitos:
 Una presión baja.

 Que el gas sea inerte (no reaccione, no interactúe).
 Temperatura absoluta.
7
GASES
 De este modo se puede definir un gas ideal como aquel que
cumple con la expresión PV = nRT, o dicho de otra manera, un
gas ideal es aquél que en una mezcla de gases se comporta
como si estuviera solo.
 OBS: Los gases ideales no existen, lo que si existe es un gas
real con comportamiento ideal.
8
GASES
 Consideremos un sistema cerrado (n = cte) de paredes móviles
y diatérmicas, que contiene una cantidad n de gas ideal,
podemos describir para este sistema los siguientes procesos:
 Proceso isobárico: presión constante.
 Proceso isocórico: volumen constante.
 Proceso isotérmico: temperatura constante.
9
GASES
10
GASES
11
De esta Tabla
se obtienen
los valores de
R particulares
para cada gas
12
CONSTANTE R DE UN GAS IDEAL
8,314 kJ/ kmol°K,

8,314 kPa*m3/kmol°K
0,0821 lts*atm/mol°K,
14,73 pie3*psi/lbmolºR
0,08314 bar*m3/kmol°K
Figura. Comportamiento de un gas ideal.

Fuente: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
13
EJERCICIO DE APLICACIÓN
 Una masa de gas dada ocupa 38 mL a 20 °C. Si su presión

se mantiene constante, ¿cuál es el volumen que ocupa a una
temperatura de 45 °C?
 Resolución:
 Datos aportados: V1 = 38 [mL]; T1 = 20 [°C]; P = Cte.
 V2 = ? ; T2 = 45 [°C]
 Como se puede ver, se pregunta por un volumen en un estado 2
y se indica presión constante, por lo que es fácil deducir que se
debe aplicar la relación que asocia el volumen con la
temperatura (Ley de Charles):
 V1/T1 = V2/T2 (se utiliza temperatura absoluta).
14
 Temperatura relativas (ºC y ºF)  Temperaturas absolutas (ºK, ºR)

 T (K) = T(ºC) + 273,15 = -273,15 +273,15 = 0 ºK
 T1 = 20 + 273,15 = 293,15 ºK
 T2 = 45 + 273,15 = 318,15 ºK
 P = cte  Ley de Charles
 V1/T1 = V2/T2  V2 = (V1*T2)/T1 = (38
mL*318,15ºK)/(293,15ºK)
 V2 = 41,2 mL
 Sistema internacional: ºC , ºK
 Sistema Ingles: ºF, ºR  T(ºR) = T(ºF) +460
15
EJERCICIOS DE APLICACIÓN
A presión de 12 atm, 28 L de un gas a temperatura constante experimenta un

cambio ocupando un volumen de 15 L Calcular cuál será la presión que ejerce el gas.
Datos:
P1 = 12 atm  P2 =?
V1 = 28 L  V2 = 15 L
T = cte  Ley de Boyle
16
A presión de 12 atm, 28 L de un gas Pabs = Patm + Pman, Patm = 1 atm = 1

a temperatura constante experimenta un bar = 101,3 kpa
cambio ocupando un volumen de 15 L Ley de Boyle:
Calcular cuál será la presión que ejerce el P1V1 = P2V2
gas. Despejando P2:
Datos: P2 = (P1*V1)/V2
P1 = 12 atm  P2 =? P2 = (12 atm*28 L)/(15 L)
V1 = 28 L  V2 = 15 L P2 = 22.4 atm
T = cte  Ley de Boyle
17
Un gas ocupa un recipiente de 1,5 litros de volumen constante a 50ºC y 550 mmHg
¿A qué temperatura en °C llegará el gas si aumenta la presión interna hasta 770
mmHg?
Datos:
T1 = 50ºC  T2 =?
P1 = 550 mmHg  P2 = 770 mmHg
V = cte  Ley Gay Lusac
18
Un gas ocupa un recipiente de 1,5 litros de Ley Gay Lusac:

P1/T1 = P2/T2
volumen constante a 50ºC y 550 mmHg ¿A
Despejando T2:
qué temperatura en °C llegará el gas si
T2 = (P2*T1)/P1
aumenta la presión interna hasta 770 mmHg?
T1 = 50 + 273,15 = 323,15ºK
Datos:
T2 = (770 mmHg*323,15ºK)/(550
T1 = 50ºC  T2 =?
mmHg)
P1 = 550 mmHg  P2 = 770 mmHg T2 = 452,41ºK
V = cte  Ley Gay Lusac T2 = 452,41 – 273,15 = 179,26ºC
19
Un tanque de 5000 cm3 contiene un gas ideal (M = 40 kg/kmol) a una presión

manométrica de 530 kPa y a una temperatura de 25 °C. Si se supone que la presión
atmosférica es de 100 kPa, ¿qué cantidad de masa (m) de gas se encuentra en el
depósito?
Datos:
Ecuación estado de la ley de gases
V = 5000 cm  m
3 3
ideales:
PV =nRT
T = 25ºC  ºK
Pabs = Pman + Patm
Pman = 530 kpa n = PV/RT
m = n*M
Patm = 100 kpa
R = 8,314 kpa*m3/kmol*ºK
20
Conversión de unidades:
Pabs = Patm + Pman
1 m3 = 1000 L Pabs = 100 + 530 = 630 kpa
1 L = 1000 cm3 R = 8,314 kpa*m3/kmol*ºK

1 m3 = 1000000 cm3 n = (P*V)/(R*T)
n = (630 kpa*0,005 m3)/(8,314 (kpa*m3/kmol*ºK)*298,15ºK)
V = 5000 cm3 = 5 L = 0,005 m3 n = (630*0,005)/(8,314*298,15) = (3,15)/(2478,82) = 0,00127 kmol
T = 25 +273,15 = 298,15ºK
m = n*M = 0,00127 kmol* 40 (kg/kmol) = 0,0508 kg = 50,8 gr
21

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UNIDAD 2: Equilibrio de sistemas condensados y gases.

 2.2. Energía libre de Gibbs y constante de equilibrio.

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Así, una cantidad (n) de gas contenido en un recipiente de

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8,314 kJ/ kmol°K,

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