2.0 S2 - GASES REALES.pptx iidfuweru032ur093

G. I

1. FÍSICO QUÍMICA GASES REALES

2. ¿¿¿ Que GASES son REALES ??

3. Los gases industriales o clínicos se encuentran a presiones elevadas La licuefacción de gases es una propiedad importante en la química física y se utiliza para el transporte de gas. 

4. Gases Reales Los gases reales en condiciones ordinarias de presión y temperatura se consideran gases ideales, a medida que aumenta la presión o disminuye la temperatura, los valores de las variables que se determinan en forma experimental se desvían en forma considerable de los valores calculados con las ecuaciones de gases ideales.

5. El comportamiento de un gas real se debe básicamente a dos hipótesis: Las moléculas de los gases no son puntuales, entonces las moléculas del gas SI tienen volumen. La energía de interacción no es despreciable.

6. Van der Waals modificó la Ley de Boyle y Gay-Lussac al considerar que las moléculas ocupan un espacio y ejercen atracción entre ellas: El volumen real para el movimiento molecular es menor al volumen del recipiente: V real = V – nb , Donde V es el volumen del recipiente, nb es volumen de las moléculas gaseosas ( covolumen ) La presión del gas real considera el factor , an 2 /V 2 , que corrige las fuerzas de interacción molar consideradas en el gas real.  

7. La ecuación simple de gases ideales PV = RTn , toma la forma: Donde a y b son constantes propias para cada gas, por ejemplo para el oxígeno: a = 1,378 bar L 2 /mol 2 b = 0.0318 L/ mol  

8. Si consideramos el volumen molar: Acomodando y remplazando en ecuación de Van der Waals      

9. Factor de Compresibilidad Z Una manera de representar el comportamiento PVT de los gases reales es utilizando ecuaciones de estado del gas ideal, que incluyan un término conocido como factor de comprensibilidad Z. PV = nRTZ

10. El factor Z se encuentra a diferentes presiones y temperaturas  

11. LICUEFACCIÓN DEL VAPOR El vapor tiene el mismo estado de agregación que un gas, pero al estar por debajo de la temperatura crítica, puede pasar al estado líquido por una simple compresión isotérmica.

12. Licuefacción del gas de dióxido de carbono a diferentes temperaturas. Tenemos una compresión isotérmica a T 1 a medida que aumenta la presión, el volumen del gas disminuye en la curva A a B. La licuefacción comienza en B y el volumen disminuye rápidamente a medida que el vapor se convierte en un líquido con una densidad mucho más alta. Esta conversión tiene lugar a presión constante.

13. Licuefacción del gas de dióxido de carbono a diferentes temperaturas. En el punto C, licuefacción de CO  2  está completa y, por lo tanto, el CD es evidencia del hecho En el punto C, la licuefacción de CO 2  está completa y, por lo tanto, el CD es evidencia del hecho de que el líquido no puede comprimirse fácilmente. Por lo tanto, observamos que AB representa el estado de vapor, BC, líquido y vapor en equilibrio. Aún a temperaturas más altas, obtenemos un tipo de curva similar al indicado en el punto anterior, excepto que la porción horizontal se reduce. La presión correspondiente a esta porción es mayor que a temperaturas más bajas. CD muestra solo el estado líquido.

14. Licuefacción del gas de dióxido de carbono a diferentes temperaturas. En el punto C, licuefacción de CO  2  está completa y, por lo tanto, el CD es evidencia del hecho A la T C,  la porción horizontal se reduce a un mero punto. A temperaturas superiores a T C  no hay licuación. Por debajo de la Temperatura crítica se denomina vapor y por encima se denomina gas. a esta porción es mayor que a temperaturas más bajas. CD muestra solo el estado líquido.

15. Punto crítico Temperatura crítica (T C )   es la temperatura máxima a la que se puede licuar el vapor y la temperatura por encima de la cual no puede existir un líquido. Presión crítica  ( P C ) Es la presión máxima requerida para causar licuefacción a la temperatura crítica.

16. Volumen crítico molar ( C ) Es el volumen ocupado por un mol de moléculas del vapor a temperatura crítica y presión crítica.  

17. Ecuación de Van der Waals y el punto Crítico … (1) Al desarrollar la ecuación(I) … (2) Obtenemos una ecuación cúbica, cuya solución es: En el punto crítico: … (3)

18. Desarrollando la ecuación 3 y comparando con la ecuación 2, obtenemos las constantes a y b de la ecuación de Van der Waals y la constante R, propios de cada gas. Ecuación de Van der Waals en función del punto Crítico

19. ESTADOS CORRESPONDIENTES En los estados correspondientes, se buscó estimar las propiedades termodinámicas de las distintas sustancias a partir de las propiedades reducidas. P: Presión sistema P r : Presión reducida P C : Presión crítica T: Temperatura sistema T r : Temperatura reducida Tc: Temperatura crítica V: Volumen sistema V r : Volumen reducida V C : Volumen crítico  

20. La ecuación de Van der Waals y los estados correspondientes   En la ecuación de Van der Waals en función del punto crítico

21. Datos: Pr = 0,6 Tr = 1,15 z =0,84

22. Ejercicio 1 Se tiene 12 moles de oxígeno a una temperatura 20°C en un recipiente de 40 litros. Determine la presión del oxígeno. Si las constantes b = 0,03219 L/mol.  

23. Solución: n O2 = 12 moles T = 20°C V =40 litros. ¿presión del oxígeno? Podemos aplicar la ecuación: …….. (1) b = 0,03219 L/ mol Reemplazando en (1): Despejando : P = 7,2 atm      

24. Ejercicio 2 Se tiene   amoniaco en un tanque  a una presión de 30 atm, T = 35°C. si se extrae la mitad de las moles de amoniaco y son colocados en 16 cilindros de 120 litros a 35°C y presión de 2,3 atm, en este caso considerar que es un gas ideal. Calcule el volumen del tanque. T C = 405,6K     Pc = 111.3 atm      = 72,5 cm 3 /mol.  

25. Solución: Considerando el cilindro cuyo volumen es 120 litros T = 35°C + 273 = 308 K y P = 2,3 PV = RTn 120L (2,3 atm) = 0,082 atm.L / molK (308K) n, Despejando n = 10,93 Como son 16 cilindros: n = 16 (10,93 moles) = 174,88 moles, Representa la mitad de las moles presentes en el tanque. En el tanque: n T = 2 (174,88moles) = 349,76 moles

26. Cálculo de las constantes a, b y R T C = 405,6K     Pc = 111.3 atm      = 72,5 cm 3 /mol. = 72,5 cm 3 /mol= 0,0725 L/mol a = 3Vc 2 Pc = 3 ( 0,0725L/mol ) 2 . 111.3 atm = a = 1.76 b = = 0,0725(L/mol)/3 = 0,024 L/mol R = 8Pc /3Tc = R = 8x 111.3 atm x 0,0725(L/mol)/(3x405.6 K) R = 0,055  

27. b = 0,024 L/mol R = 0,055 En la ecuación de Van der Waals: ………… (1) P = 30 atm T = 35°C + 273 = 308 K n =349,76 Como a, b, R, T y P se encuentran en unidades correspondientes, reemplazamos en (1) (30 + 1,76 (349,76) 2 /V 2 ) (V - 349,76 (0,024)) = 0,055 (308). 349,76 Despejando V = …………   a = 1.76  

28. EJERCICIO N° 3 Se tiene 126 gramos nitrógeno en un recipiente, si la presión alcanzada es 20,1 atmosferas y -128°C. Calcule el volumen del recipiente. Use la gráfica. M.A. Nitrógeno = 14g/mol P c = 33, 5 atm T c = 126,1 K

29. Datos del Nitrógeno m = 126 g, n = 126 / 28 = 4,5 moles T = - 128°C + 273 = 145 K Tc = 126,1K P= 20.1 atm Pc = 33,5 atm Para utilizar la gráfica se requiere conocer los valores de P r y T r P r = P/ P c = 20,1 atm / 33,5 atm = 0,6 T r = T/T c = 145 K /126,1K = 1,1498 ~ 1,15 Con estos valores podemos determinar Z

30. Z = 0,84 Para calcular el volumen del recipiente usamos la ecuación: PV = RTnZ Reemplazando los valores: 20,1atm V = 0,082 (145K)4,5 mol. 0,84 Resolviendo: 2,24 El volumen es 2,24 L