UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICERRECTORADO BARQUISIMETOVICERRECTORADO BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

QUÍMICA GENERAL

UNIDAD IVUNIDAD IV

CLASE Nº 2EL ESTADO GASEOSO GAS REALEL ESTADO GASEOSO‐GAS REAL

1

Gas Perfecto: es aquel gas en el que no existe interacción entre las partículas que lo

El Estado Gaseosoq g q p q

forman. Esto ocurre sobre todo a altas temperaturas, bajas presiones y grandesvolúmenes donde las partículas que forman el gas están muy separadas unas deotras y en estas condiciones la ecuación P.V=n.R.T da resultados exactos, en otrascondiciones da resultados bastante aproximados pero no totalmente exactoscondiciones da resultados bastante aproximados pero no totalmente exactos.

Gases Reales: Cuando un gas no satisface las consideraciones planteadas en lateoría cinética de los gases ideales se considera como un gas real. Altas condicionesde presión y temperatura ocasionan que gases de ciertos tamaños de partículasmuestren un comportamiento que se desvía del considerado ideal.

Si bien hay muchos modelos matemáticos distintos, todos de pueden generalizary , p gmediante las siguientes expresiones:

D d l f t d ibilid d t á l j d t d l

T*R*n*zV*P = T*R*zV*P_

=

Donde: z es el factor de compresibilidad, que representa cuán alejado estamos delmodelo ideal de los gases. Con base en esto se encuentra tres tipos decomportamiento distintos:Z = 1, comportamiento de Gas Ideal. (altas temperaturas y bajas presiones).Z 1, comportamiento de Gas Ideal. (altas temperaturas y bajas presiones).Z > 1, gases como el H2 y Ne, difícilmente compresibles (altas temperaturas y presiones).Z < 1, gases como el O2, Ar y CH4, fácilmente compresibles (bajas temperaturas y altaspresiones). 2

El Estado Gaseoso

Dependencia de Z respecto a P para algunos Gases Reales a 300ºK.

3

Ecuación de Van der Waals: Para el comportamiento de un gas real existe un

El Estado Gaseosop g

número de grande de ecuaciones, de naturaleza empírica o semiempírica, querelacionan sus condiciones de estado.

( ) TRnbnVnaP *****2

2

=−⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

+

Donde: a y b son constantes.

Otra de las ecuaciones muy utilizadas es la de Peng-Robinson (PR) que incluye dos

( ) TRnbnVV

P 2 ⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

+

Otra de las ecuaciones muy utilizadas es la de Peng-Robinson (PR), que incluye dosconstantes, produce resultados muy satisfactorios y su forma es:

)(*)(**

bVbbVVa

bVTRP

−++−

−=

Las ecuaciones de estado aplicables a gases reales se conocen por el nombre de susautores como la de Soave-Redlich-Kwong (SRK), la de Benedict-Web-Rubbin (BWR),la ecuación virial, entre otras.

)()( bVbbVVbV ++

Ley de Amagat o Ley de los volúmenes parciales:Expresa que: "En una mezcla cualquiera de gases, el volumen total es igual a la sumade los volúmenes parciales de los constituyentes de la mezcla" Por volumen parcialde los volúmenes parciales de los constituyentes de la mezcla . Por volumen parcialde un gas se entiende el que ocuparía un gas si estuviese solo a una temperaturadada y a la presión total de la mezcla.

4

El Estado Gaseoso...321 +++= VVVVT

Mediante un razonamiento similar al seguido con la Ley de Dalton, se puededemostrar otra expresión matemática correspondiente a la Ley de Amagat, que es:

TVxV *11 =Difusión de gases:Una característica importante de los gases es su gran capacidad de difusión, es decir,de desplazarse a través de un medio material. La velocidad de difusión de un gasd d d j t d f t l dif i d idepende de un conjunto de factores como la diferencia de presiones oconcentraciones, la temperatura y el peso molecular del gas, entre otras.

En igualdad de condiciones, Graham estudió la difusión entre dos gases y estableció g g yuna relación entre sus velocidades de difusión y sus densidades o pesos moleculares.

Ley de Graham:Expresa que: “A temperatura y presión constantes las velocidades de difusión deExpresa que: A temperatura y presión constantes, las velocidades de difusión dediferentes gases varía inversamente proporcional con la raíz cuadrada de susdensidades o masas moleculares”.

21 ρv

Siendo: (v1 y v2) las velocidades de difusión y (ρ1 y ρ2) las densidades de los gases.5

1

2

2

1

ρρ

=v

A la misma temperatura y presión, la relación de densidades es exactamente igual a

El Estado Gaseosop y p , g

la relaciones de pesos moleculares, por lo tanto, se puede escribir que:

1

2

2

1

MMMM

vv=

Siendo: (MM1 y MM2) las masas moleculares de los gases.

Ejemplo: El volumen de un gas a 20 C y 1 atmósfera de presión es de 150 litros.¿Qué volumen ocupará a 50 C y 730 mm de Hg de presión?

12

¿Qué volumen ocupará a 50 C y 730 mm de Hg de presión?Solución:Aplicando la ecuación combinada de los gases para hallar el volumen, tenemos que:

K323mmHg760TP ⎞⎛⎞⎛⎟⎞

⎜⎛

⎟⎞

⎜⎛

Ejemplo: Cinco gramos de un gas ocupan un volumen de 2 litros a 20 C y 0 5

L 172,15K 293K 323*

mmHg 730mmHg760*150L

TT*

PP*VV

1

2

2

112 =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Ejemplo: Cinco gramos de un gas ocupan un volumen de 2 litros a 20 C y 0.5atmósferas de presión. ¿Cuál es su volumen en condiciones normales, suponiendoque se comporta idealmente.

K273t0 5TP ⎞⎛⎞⎛⎞⎛⎞⎛

6

L 93,0K 293K 273*

atm 1atm0,5*2L

TT*

PP*VV

1

2

2

112 =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Ejemplo: Calcule la presión ejercida por 1 mol de H2S cuando se comporta como: a)

El Estado Gaseosoj p p j p 2 p )

gas modelo ideal y b) gas de van der Waals, cuando se encuentra confinado a 273 K en 22,414 L. Las constantes de van der Waals son: a = 4,490 atm. L2. mol-2 y b = 4,287 x 10-2 L. mol-1.S l ió atm LSolución:a)

)

0,99875atm22,414L

273K*mol.Katm.L0,082*1mol

VT*R*nP T*R*nV*P ====>=

( )22 **** naTRnna ⎟

⎞⎜⎛

b) ( ) 22 )*(****

Vna

bnVTRnPTRnbnV

VnaP −

−==>=−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

99173,01*490,4273*082,0*12

2

2 =−=P

Ejemplo: Se desea calcular la masa de O2 necesaria para llenar un cilindro cuyacapacidad es de 100 L, si a la temperatura de 0ºC y 100 atm de presión, y el factor decompresibilidad del O es de 0 927

99 73,0)414,22()10.287,4*1414,22( 22− −

compresibilidad del O2 es de 0.927.Solución:

T*R*zV*Pn T*R*n*zV*P ==>= l481,8854mo

273K*atm.L0,082*0.927

100L*100atmn ===>273K

mol.K0,0820.927

2O 15,4203Kg15420,333gmol32g*l481,8854mom ≡==

7

Ejemplo: Dos tanques están conectados por una válvula cerrada. Cada tanque se

El Estado Gaseosoj p q p q

llena con un gas como se muestra , y ambos tanques están a la misma temperatura.Abrimos una válvula y dejamos que los gases se mezclen.a) Después de que se mezclen los gases, ¿Cuál es la presión parcial de cada gas?b) ¿Cuál es la fracción molar de cada gas en la mezcla?

Tanque A Tanque B

Solución:

q5,00 L de O2

24,0 atm

q3,00 L de N2

32,0 atm

15atm5L*24atmV*PPóV*PV*P 11 ====a) Aplicando Boyle. Para el O2,

Para el N2,

15atm8LV

PóVPVP2

O2,2211 2====

atm218L

3L*32atmV

V*PP ó V*PV*P2

11N2,2211 2

====

b)

2

5560152,2 atmPY O 4440122,2 ===

atmPY N

8

556,027

2

2===

atmPY

totalO 444,0

272===

atmPY

totalN

Gracias a Uds.¡ Esto es todo!

"Hay que tener fe en uno mismo. Ahí reside el secreto. Aun cuando estaba en el y qorfanato y recorría las calles buscando qué comer para vivir, incluso entonces, me 

consideraba el actor más grande del mundo. Sin la absoluta confianza en sí mismo, uno está destinado al fracaso"