DIAGRAMA PROCESOS-TERMODINAMICOS

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Fisicoquimica

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  • PROCESOS TERMODINMICOSM. en C. Nalleli Acosta Topete. Araceli de Jess Alcaraz Salcedo

  • Principios termodinmicosTERMODINMICA: significa potencia trmica o potencia obtenida a partir del calor, debido a sus orgenes en el anlisis de las mquinas de vapor.

    Actualmente, la termodinmica estudia cmo un tipo de energa puede transformase en otro.

  • Presin: la presin de un fluido sobre una superficie se define como la fuerza normal ejercida por el fluido por unidad de rea de la superficie.

  • MagnitudUnidad SIFactor de ConversinPresinPascal (Pa)1kPa = 1000 Pa1 atm = 101.325 kPa1 bar = 1*105 Pa1 mmHg = 133.322 Pa1 torr = 133.322 Pa1 atm = 760 mmHg1 atm = 760 torr1 N/m2 = 9.869*10-6 atm

  • TEMPERATURAEl mtodo ms comn para medir la temperatura es con un termmetro ordinario donde un lquido se expande cuando es calentado. De esta forma, un tubo uniforme, parcialmente lleno de mercurio, alcohol, o algn otro fluido, puede indicar el grado de calentamiento simplemente por la altura de la columna de la columna de fluido.100 C

    0 C

    - 273 CCelsius373 K

    273 K

    0 K212 F

    32 F

    - 460 F672 R

    492 R

    0 RKelvinFahrenheitRankinePunto de ebullicinPunto de congelacinCero Absoluto

  • ContinuacinEscalas de temperatura:tC = temperatura en grados Centgrados.tF = temperatura en grados Fahrenheit.T(K) = temperatura en Kelvin.T(R) = temperatura en Rankine.

  • SISTEMA TERMODINMICOUn sistema termodinmico es un sistema que puede interactuar e intercambiar energa con su entorno, por lo menos de dos formas, una de las cuales es la transferencia de calor.

  • Estado de EquilibrioEn un sistema termodinmico, el equilibrio es aqul que se encuentra en condiciones tales que no presenta ninguna tendencia para que ocurra un cambio en su estado.

    Un sistema est en equilibrio cuando todas las fuerzas que actan en l estn exactamente balanceadas

  • Termodinmica del AguaEmpezando con las mquinas trmicas del 150 a. C., la bomba de achique de Savery de 1690, hasta las centrales nucleares actuales y las centrales de fusin del futuro, La mayor parte de la energa elctrica mundial se genera por turbinas de vapor de agua.

    Tambin se usa el vapor de agua como reactivo qumico en la industria metalrgica y petroqumica. Podra decirse que los desarrollos ms importantes han sido los de la Termodinmica del vapor.

  • Al encender el fuego se calentaba el aire bajo el altar, que empujaba el agua del depsito esfrico hacia el cubo cilndrico, que caa por su peso haciendo girar las bisagras de las puertas del templo.

  • Actualmente la termodinmica del agua puede servir, entre otras muchas cosas, para comprender mejor el desarrollo sostenible de este planeta y as poder actuar consecuentemente.

    Por una parte, tal vez el futuro de la industria energtica se base en la electroqumica del agua, en lugar de en los combustibles fsiles, perecederos, txicos, cancergenos y de efecto invernadero.

    Por otra parte, vista desde el espacio exterior, la Tierra aparece como un crculo cubierto a mitad de nubes blanquecinas (de agua), con la otra mitad de fondo de agua azulada, siendo difcil reconocer algn continente; es la interaccin trmica del agua y la radiacin lo que hace habitable este planeta.

  • El ciclo del agua o ciclo hidrolgico, es mantenido por la energa radiante del sol y por la fuerza de la gravedad.

    El ciclo hidrolgico comienza con la evaporacin del agua desde la superficie del ocano. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfra y el vapor se transforma en agua: es la condensacin. Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio peso: es la precipitacin. Si en la atmsfera hace mucho fro, el agua cae como nieve o granizo. Si es ms clida, caern gotas de lluvia.

    Una parte del agua que llega a la tierra ser aprovechada por los seres vivos; otra escurrir por el terreno hasta llegar a un ro, un lago o el ocano. A este fenmeno se le conoce como escorrenta. Otro poco del agua se filtrar a travs del suelo, formando capas de agua subterrnea. Este proceso es la percolacin. Ms tarde o ms temprano, toda esta agua volver nuevamente a la atmsfera, debido principalmente a la evaporacin.

  • Al evaporarse, el agua deja atrs todos los elementos que la contaminan la hacen no apta para beber (sales minerales, qumicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que tambin purifica el agua, y es parte del ciclo: la transpiracin de las plantas.

    Las races de las plantas absorben el agua, la cual se desplaza hacia arriba a travs de los tallos o troncos, movilizando consigo a los elementos que necesita la planta para nutrirse. Al llegar a las hojas y flores, se evapora hacia el aire en forma de vapor de agua. Este fenmeno es la transpiracin.

  • Prctica:Elaboracin del Ciclo del Agua.Material: Frasco de vidrio con tapa LIMPIO Y AMPLIO.Piedras pequeas, arena y tierra.Una plantita con RAIZ.Recipiente pequeo (que quepa en el frasco junto con la planta).Agua.

  • Poner en el interior del frasco una capa de piedras.Sobre ella, colocar una capa de arena y, finalmente, una capa de tierra.Entierre cuidadosamente las plantas en un lado del frasco.En el otro, coloque el recipiente con agua. Procedimiento

  • Prctica: parte IIElaboracin del Ciclo del Agua.Material: Caja con plantas.Bandeja de metal Soporte para la bandeja.Trozos de hielo.Vaso de precipitado.Estufa.

  • ProcedimientoPonga sobre una mesa la caja que contiene las plantas.A 35 o 40 cm por encima de esta caja, coloque una bandeja de metal sostenida por un soporte.Sobre ella, ponga los trozos de hielo.Llene el vaso con agua y pngala a calentar.Cuando el agua est hirviendo, instlela de modo que el vapor emergente llegue a la parte inferior de la bandeja (mira el dibujo).Observe ahora qu sucede.

  • Proceso ReversibleOcurre cuando su sentido puede invertirse en cada punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas.L

  • Proceso IrreversibleOcurre cuando su sentido NO puede invertirse en cada punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas.

  • TransformacionesReversibles e Irreversibles

    Una transformacin es reversible si se realiza mediante una sucesin de estados de equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su entorno al estado inicial por el mismo camino.

    Reversibilidad y equilibrio son, por tanto, equivalentes.

    Si una transformacin no cumple estas condiciones se llama irreversible.

    En la realidad, las transformaciones reversibles NO existen.

  • Sustancia PuraSon aquellas que tienen una composicin qumica homognea e invariable. Puede existir en mas de una fase, pero su composicin es la misma en todas ellas.La materia que tiene una composicinuniforme y constante se denomina sustancia pura. Estructura del aguaEstructura del NaCl

  • Propiedades deuna Sustancia PuraPropiedades fsicas: se puede observar o medir sin cambiar la composicin de la muestra.

  • Propiedades ColigativasPropiedades fsicas que dependen slo de la cantidad de partculas de soluto que estn presentes en la solucin y no de la naturaleza o tipo de soluto.

  • Descenso del Punto de Congelacin.Tf, es la diferencia de temperatura entre el punto de congelacin de la solucin y el punto de congelacin de su disolvente puro.

    Para soluciones no electrolticas el valor de la disminucin del punto de congelacin es directamente proporcional a la molalidad de la solucin.

    Tf = Kf m

    m = molalidad de la solucin.Tf = descenso del punto de congelacin: T - Tfdonde T es el punto de congelacin de la solucin y Tf es el punto de congelacin del solvente puro.Kf = es una constante de congelacin del solvente.

  • AplicacinEl lquido refrigerante de los motores de los automviles tiene una base de agua pura a presin atmosfrica se congelara a 0C dentro de las tuberas y no resultara til en lugares fros, por lo que se le agregan ciertas sustancias qumicas que hacen descender su punto de congelacin.

  • Constantes molales de ladisminucin del punto de congelacin

    DisolventePunto de congelacin (C)Kf (C/m)Agua0.01.86Benceno5.55.12Tetracloruro de Carbono-2329.8Etanol-114.11.99Cloroformo-63.54.68

  • Elevacin del Punto de EbullicinTb: es la diferencia de temperatura entre el punto de ebullicin de una solucin y el punto de ebullicin de un disolvente puro.

    Por ejemplo, el agua pura a presin atmosfrica hierve a 100, pero si se disuelve algo en ella el punto de ebullicin sube algunos grados centgrados.

    Tb = Kb mm = molalidad.Tb = aumento del punto de ebullicin = T - Tb, donde T es el punto de ebullicin de la solucin y Tb es el punto de ebullicin del solvente puro.Kb = es una constante de congelacin del solvente.

  • Constantes molales deelevacin del punto de ebullicin

    DisolventePunto de Ebullicin (C)Kb (C/m)Agua100.00.512Benceno80.12.53Tetracloruro de Carbono76.75.03Etanol78.51.22Cloroformo61.73.63

  • Reduccin de la Presin de VaporPresin de Vapor: es la ejercida por el vapor sobre un lquido.

    En un recipiente cerrado a temperatura y presin constante, las partculas de disolvente alcanzan un estado de equilibrio dinmico, escapando y regresando al estado lquido con la misma rapidez.

  • La presin de vapor de un disolvente puro (a) es mayor que la presin de vapor de una solucin que contiene un soluto no voltil (b).

    Al agregar un soluto no voltil a un disolvente, menos partculas del disolvente pasan a un estado gaseoso. Por lo tanto la presin de vapor disminuye.AguaSacarosa

  • smosis y Presin Osmtica.La smosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor concentracin hacia zonas de ma