Termodinámica 1

Fisicoquímica I
Taller 1

Todos los resultados y leyes que se derivan de los principios de la termodinámica se expresan en términos de magnitudes cuyos valores pueden ser determinados experimentalmente. El principio cero de la termodinámica da una definición operacional de la temperatura y del termómetro como sistema termodinámico para su medición.

1.1.    El gas ideal y el gas real
Elplanteamiento de Boyle relaciona presión y volumen, señalando que mantienen una relación inversamente proporcional. Sin embargo su postulado solo se cumple bajo condiciones ideales, es decir cuando el volumen del gas es de 25L, la presión de 1atm y la temperatura 273K. Para el caso de gases reales, la ley es aplicable exclusivamente en el límite de densidad cero, momento en que  las partículas nochocan deliberadamente entre sí ni contra las paredes del recipiente contenedor, encontrándose tan alejadas unas de las otras, que desaparecen las fuerzas de Van der Walls.

Ley de Boyle:         P*V=K      con masa y temperatura constantes

Tal como ocurre con la ley de Boyle, la ley de Charles, que relaciona volumen y temperatura en directa proporción, se cumple exclusivamente en el límite depresión cero. Bajo etas condiciones, el aumento de la temperatura implica un simultaneo aumento del volumen del gas. Bajo este fundamente opera el termómetro de gas, sin embargo el comportamiento de este dista del de la columna de mercurio, las desviaciones encontradas se atribuyen a diferencias en el comportamiento de expansión entre las moléculas de gas ideal y las del mercurio líquido (sistemade referencia).

Ley de Charles:  VT=K

Se encontró que al extrapolar las curvas de volumen en función de la temperatura de distintos gases a distintas presiones y bajas temperaturas cortan en el eje x en el punto de la escala de mercurio correspondiente a -273 K; lo que indica que a esta temperatura los gases ideales tienen volumen cero, por el contrario los gases reales a esta temperaturaalcanzarían la licuefacción.

La ecuación general de los gases ideales, también llamada ley combinada de los gases ideales, plantea que de acuerdo a los postulados de Boyle y Charles, diferentes gases, sometidos a iguales condiciones de presión y temperatura, contienen igual número de moléculas. Así mismo según lo señala Avogadro, dicha cantidad de moléculas corresponderá al número de moles,solo si la constante empleada es la misma para ambos gases. De lo anterior surge la siguiente ecuación.  

Ecuación general de los gases ideales:   PV=nRT

Sin embargo, los gases reales, solo cumplen esta ecuación cuando las interacciones entre moléculas, y con el recipiente son despreciables, que es igual al límite de presión y densidad cero.

1.2 Describir detalladamente el modelo del gasreal de van der Waals. Describir claramente sus fundamentos, cuales son las correcciones que hace al modelo del gas ideal, etc.
La ecuación de Estado de Van der Waals intenta considerar el volumen finito de las moléculas individuales en un gas real,  dichas partículas individuales ejercen una presión sobre la paredes del recipiente que las contiene al golpearlo, esta presión depende de lafrecuencia de las colisiones y de la cantidad de movimiento que le ejercen las moléculas a las paredes; dichas contribuciones están afectadas directamente por las fuerzas intermoleculares que tienen lugar en el medio, hay factores que tienen un efecto en ellas y se disminuyen, esto depende tanto de la cantidad de moléculas presentes como de la densidad del gas, n/V.

La fórmula de la ley de Van derWaals, es:
       
P+an2V2V-nb=nRT

P= Presión del gas
Vm= Volumen molar
R= Constante de los gases
T= Temperatura
a = Se relaciona con la magnitud de las fuerzas de atracción, existe una correlación entre los puntos de ebullición de las sustancias y el valor de a
b = Es proporcional al tamaño de la molécula, su relación no siempre es directa

Tanto a como b  son diferentes para cada...