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1
Conocimiento en las Ciencias Naturales
BiologíaBiología
MedicinaMedicina
FísicaFísica
QuímicaQuímica
BiologíaBiología
MétodosMétodosQuímicoQuímico FísicosFísicos
MatemáticaMatemática
16 de agosto de 2014
Ramas de la Química FísicaQUÍMICA FÍSICAQUÍMICA FÍSICA
Termodinámicaermodinámica
Parte que aplica los conceptosfundamentales de la física a la química
Ciencia experimentalexperimental basada en observaciones macroscópicas para extraer las l f d t l li dTermodinámicaermodinámica
CinéticaCinética
EspectroscopiaEspectroscopia
leyes fundamentales que aplicada a procesos predice equilibrioequilibrio y espontaneidadespontaneidad
TiempoTiempo que toman los procesos. Es experimental y teórica.
EmisiónEmisión y absorciónabsorción de radiación por la materia.
MecánicaMecánica CuánticaCuántica
MecánicaMecánica EstadísticaEstadística PuentePuente entre la cuántica y la termodinámica.
Depende de postulados, nivelmicroscópicomicroscópico y es la base de la teoría de
la química atómica.
26 de agosto de 2014
8/12/2014
2
Definiciones Química Física:
Parte que aplica los conceptos fundamentales de la física a la química.
Ramas de la Química Física Temodinámica
Ciencia experimental que basándose en observaciones macroscópicasextrae las leyes fundamentales y se aplica a procesos para predecirequilibrio y espontaneidad.
Cinética Tiempo que toman los procesos. Es experimental y teórica.
Espectroscopía Emisión y absorción de radiación por la materia.M á i E t dí ti Mecánica Estadística Puente entre la cuántica y la termodinámica.
Mecánica Cuántica Depende de postulados, nivel microscópico y es la base de la teoría de
la química atómica.
36 de agosto de 2014
Definiciones básicas
Sistema (parte del universo bajo estudio)
Abierto (Energía & Materia)Homogéneo
Cerrado (Energía)
Ambiente
Frontera
Variable
Estado
Heterogéneo
( g )
Aislado (ni energía & ni materia)
Resto del universo
Contornos, límites
Propiedad que describe el sistema: m, P, T, m, P, T, ηη, , ρρ
Se epecifica por un # mínimo de variable (ecuación)
Equilibrio
Paso
Proceso
6 de agosto de 2014
Cuando las propiedades no cambian con el tiempo
Etapas intermedias de cambio de estado
Técnica
8/12/2014
3
Ejemplo de proceso y paso
0 02 21) 1 ( ,1 , 20 ) 1 ( ,0.5 , 20 )VCO g atm C CO g atm C
0 02 22) 1 ( ,0.5 , 20 ) 1 ( ,1 , 20 )VCO g atm C CO g atm C
56 de agosto de 2014
Sistema: Gases idealesEcuación de Estado
Introducción
66 de agosto de 2014
8/12/2014
4
Manómetro abierto
General Chemistry: Principles and Modern Applications; Petrucci • Harwood • Herring ; 8th Edition
Pgas > Pbar Pgas < PbarPresión del gas = Presión barométrica
76 de agosto de 2014
Manómetro abierto
General Chemistry: Principles and Modern Applications; Petrucci • Harwood • Herring ; 8th Edition
Pgas > Pbar Pgas < PbarPgas = Pbar
86 de agosto de 2014
8/12/2014
5
Ley de Boyley y
1660
1P
V
96 de agosto de 2014
Comportamiento del gas a T y nn constante
TemperaturaTemperatura y masa y masa constanteconstante, , nnmasamasa
106 de agosto de 2014
8/12/2014
6
Representación gráfica de la Ley de BoyleAl VV aumentar también aumenta el epacio disponible para los choques entre moléculas y disminuye la presión, P {P {f /A (= P)f /A (= P)}.
Pre
sión
, atm
1/P
resi
ón, a
tm-1
General Chemistry 4ta Ed.; Hill, Petrucci, Mcreary, Perry; Prentice Hall © 2005
116 de agosto de 2014
Volumen Volumen
Estime la presión a 3V y a 5V. ¿En cuál de lasgráficas es más fácil estimar el valor?
1P
V
kP
V
Pre
sión
©“General Chemistry” por Petrucci & Harwood; 1993; Macmillan Publishing Company; 6ta edición
126 de agosto de 2014
Volumen
8/12/2014
7
Ley de Charlesy
1787
V T
Publicada por Gay-Lussac en 1802
136 de agosto de 2014
Comportamiento del gas a P y nn constante
PresiónPresión y masa y masa constanteconstante, , nnmasamasa
146 de agosto de 2014
8/12/2014
8
'
V t
V k t b
V0
V0
Vol
umen
, cm
3
©“General Chemistry” por Petrucci & Harwood; 1993; Macmillan Publishing Company; 6ta edición
V0
Cero Cero absolutoabsoluto, 0 K = , 0 K = --273.15273.15°°CC
156 de agosto de 2014
Temperatura
Ley de Charles (comportamiento lineal)
ty m x b V m t b yy
y2
V=V=
V2=
2 1
2 1
0 0P
V Vt t
y V Vm b y V
x t t
m
y1
y0
V1=
V0=
0tP
VV m t b t V
t
166 de agosto de 2014
xxx1 x2t1= t2= t(t(�C)=�C)=0�C
8/12/2014
9
Ley de Charles (factor de expansión termal,)
00 0
0 0 0 0
1 1t
P
V V V V
V V t t V t
0tP
VV t V
t
0 0 0 0 0 1tV V t V V t
0 0P
VV
t
176 de agosto de 2014
0 0 0 0 0t
Ley de Charles (factor de expansión termal,)
0 0 0 0V
t t PV V t V V t
0 0 0 0
: 0 . :
0
AA t
A AP
temperatura absoluta t V entonces ec anterior
VV t V V t
t
00 0 1273.15A
V Vt C
V V
186 de agosto de 2014
0 0 0
0
1
273.15
A
P
V Vt
8/12/2014
10
Temperatura absoluta
0 0 01 1273.15t
tV V t V
0
273.15
273.15t
tV V
V T273 15V t T V T
V kT
196 de agosto de 2014
1 1 1
2 2 2
273.15
273.15
V t T
V t T
Combinación Boyle, Charles y Avogadro
1 1 1 2 2 21) ( , , , ) ( , , , )PasoP V T n P V T n
T constante P constanteBoyle Charles
1 1 1( , , , )P V T n
1 1
2
1 1 2 r
P Vr P
PV PV
V
PP11 VV11 TT11
nn
PP22 VVrr TT11
nn
VV22PP22 TT22
nn2 1 1
2 2 1
1V PV
T P T
2 1( , , , )rP V T n
2 2 2
1 2 1
r
r
V T V V
V T T T
2 2 2( , , , )P V T n
20
2 2 1 1
2 1
PV PVK nR
T T
PV nRT
8/12/2014
11
Combinación Boyle y Charles1 1 1 2 2 21) ( , , , ) ( , , , )PasoP V T n P V T n
PV
nTT constante
1 1 1 2 1) ( , , , ) ( , , , )ra P V T n P V T n1 1PV
PV PV V Boyle
R
P
2 2 2
1 2 1
r
r
V T V V
V T T T
1 1 22
r rPV PV VP
P constante2 1 2 2 2) ( , , , ) ( , , , )rb P V T n P V T n
Boyle
Charles 1 1
2 1
1PV
P T
2 2 1 1PV PVK R
energía
mol-grado mol-grado
fA A x lPV
RnT
P
216 de agosto de 2014
PV nRT
2 2 1 1
2 1
PV PVK nR
T T
Ecuación de estado para gases ideales
PV nRTEcuaciónEcuación de de estadoestado: relación matemática entre variables que determinan o especifican un estadode un sistema
PV nRT
VnPV RT V volumen molar
226 de agosto de 2014
8/12/2014
12
Valores de R (constante de los gases ideales)L - a tm
0 .0 8 2 0 6m o l- g r a d o
7 e r g io s8 .3 1 4 1 0
m o l - g r a d o
J u l io s8 .3 1 4
m o l- g r a d o
x
m o l g r a d o
c a lo r ía s1 .9 8
m o l- g r a d o
236 de agosto de 2014
Aplicaciones Ley Gases IdealesM
RT P
PV nRT
P0
gM
gV
PV RT
PM RT RT
M
M
RT P
246 de agosto de 2014
8/12/2014
13
Aplicaciones Ley Gases Ideales Dumas Mide densidad (ρ) de gas vs Pbajas
a Tconstante
M
RT P
constante
Regnault (g) Mide masa de envase vacío y
llenoP0
Mayers (V) Mide volumen de gas expulsado
256 de agosto de 2014
isoterma
V T isobárico
Ley de gases ideales:Comportamiento de gas ideal
esió
n, P
Pre
©“Physical Chemistry” por P.W. Atkins; 1998;W.H. Freeman & Company; 6ta edición
266 de agosto de 2014
8/12/2014
14
Pre
sión
, P
sión
, P
isotermasIsocóricas
f f
i i
P T
P T
f i
i f
P V
P V
i i f fPV P V
Pre
sión
, P
Pre
Voumen constante
Temperatura constante
Presión constante
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/idegas.html
isobáricasf f
i i
V T
V T
276 de agosto de 2014
isotermasIsocóricas
f f
i i
P T
P T
f i
i f
P V
P V
i i f fPV P V
Pre
sión
, P
sión
, P
Voumen constante
Temperatura constante
Presión constante
Pre
sión
, P
Pre
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/idegas.html
isobáricasf f
i i
V T
V T
286 de agosto de 2014
8/12/2014
15
Ecuación de estado y diagrama de fases Coeficiente de expansión termal
1 V
V
Nota:
PV T
T
P
Nota: Para GAS REALGAS REAL:
0T V 0
296 de agosto de 2014
Ecuación de estado y diagrama de fases
Coeficiente de compresibilidadisotermal
P
T
1
T
V
V P
V
306 de agosto de 2014
8/12/2014
16
Ecuación de estado y diagrama de fases
P
P
VT
T
V
T
316 de agosto de 2014
Consecuencias de la Ley de Gases Ideales
Ley de Dalton para mezcla de gasesi t
i
RTn RT RTnn T iP P
Ley de Amagat para volúmenes parciales
i
i
RTni V i
i i i TRT nT tV
P nx P x P
P n
inV V V T i
T i i i TV V V x V
326 de agosto de 2014
8/12/2014