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UNIDAD 2: PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS UNIDAD 2: PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS Ing. Mario Arrieta.

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1 UNIDAD 2: PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS UNIDAD 2: PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS Ing. Mario Arrieta

2 Es una sustancia que tiene una composición química fija. H 2 O, N 2, He, CO 2 Una sustancia pura no tiene que estar conformada por un solo elemento o compuesto químico. Una mezcla de varios de estos también califica como una sustancia pura siempre y cuando la mezcla sea homogénea. Ejemplo: el aire es una mezcla de varios gases, que se considera como sustancia pura porque tiene composición química uniforme. Una mezcla de dos o mas fases de una sustancia pura se sigue considerando una sustancia pura mientras la composición química de las fases sea la misma. Ejemplo, mezcla de hielo y agua liquida, o mezcla de agua liquida y agua gaseosa.

3 @ Cond Ambientales T =60°F y P= 14,7 psia) Cu (s) Hg (l) N 2 (g) H 2 O (l) H °C y 1 atm Cambio de fase (ebullición) H 2 0 °C y 1 atm cambio de fase (congelamiento) SolidoLiquidoGaseoso

4 El valor de la energía interna u no es directamente mensurable. Para todas las propiedades no directamente mensurables se necesita un método para evaluarlas en función de propiedades directamente mensurables, tales como P, Ty v. Para desarrollar estas relaciones debe conocerse el número de propiedades independientes necesarias para fijar o especificar el estado de un sistema bajo condiciones dadas. Por lo general, las relaciones funcionales entre propiedades se expresan en función de propiedades intensivas. Yo = F(y1, y2, …….,yn) Yo= variable dependiente Y1…. Yn= Variables independientes El número de propiedades independientes exigidas para especificar completamente el estado intensivo e intrínseco de una sustancia es igual a 1 más el número de posibles modos de trabajo cuasiestático relevantes.

5 un sistema simple es aquel en el que para modificar su estado intrínseco sólo es relevante un único modo de trabajo cuasiestático. Tomando como base el enunciado anterior del postulado de estado, puede enunciarse como postulado de estado para sistemas simples el siguiente: El estado de equilibrio de una sustancia simple queda fijado especificando los valores de dos propiedades intrínsecas independientes. Un sistema simple compresible se define como aquel en el que la única interacción de trabajo cuasiestático está asociada con el cambio en su volumen (trabajo P dV). Yo = F(y1,y2)

6 Los estados de equilibrio de una sustancia simple compresible pueden representarse como una superficie en un espacio tridimensional. Las fases sólida, líquida y gaseosa (vapor) aparecen sobre la superficie como regiones. El estado en esas regiones monofásicas se especifica mediante los valores de dos cualesquiera de las tres propiedades P, v yT. Regiones monofásicas están separadas, en la superficie, por regiones bifásicas que representan los cambios de fase. Cualquier estado representado por un punto sobre la línea de separación de una región monofásica de otra bifásica se conoce como estado de saturación.

7 La línea curva que separa la región líquida de la región líquido-vapor, línea a-m-c, se conoce como línea de líquido saturado. Los estados representados sobre la curva c-n-b son estados de vapor saturado. El punto donde las líneas de líquido saturado y de vapor saturado se juntan se llama punto crítico. Las tres propiedades de interés Pc, Vc,Tc. (Una sustancia cuya temperatura sea mayor que su temperatura crítica no será capaz de condensar a la fase líquida, independientemente de cuán alta sea la presión que se ejerce sobre ella.)

8 Otro estado único de la materia. Está representado por la línea paralela al plano Pv y señalado como estado triple. Como el término implica, en este estado coexisten en equilibrio las tres fases. El estado triple, o punto triple en esta figura corresponde al equilibrio entre un sólido (estado d ), un líquido (estado a) y un gas (estado b).

9 A la proyección de la superficie PvT sobre el plano PT se la conoce como diagrama de fase. Ya que tanto la temperatura como la presión permanecen constantes durante un cambio de fase, las superficies que en la Figuras anteriores representan dos fases son paralelas al eje v. Así pues, esas regiones bifásicas aparecen como líneas cuando la superficie se proyecta sobre el plano PT.

10 La línea t-d-f-c del diagrama PT que representa la superficie líquido-vapor se llama línea de saturación líquido-vapor. También se la conoce como curva de vaporización. La presión y temperatura en cualquier estado a lo largo de esta línea (tal como el d) se conocen como la presión de saturación Psat y la temperatura de saturación Tsat de ese estado. La presión de saturación se conoce también como presión de vapor. Debe resaltarse el rápido aumento de, la presión de vapor con la temperatura, ya que esto es una característica general de las sustancias puras

11 H2O empieza a hervir a 100 °C y 1 atm (101,325 Kpa) Si la presión del cilindro aumenta a 500 KPa Añadiendo pesas en la parte superior del embolo, el agua empezaria a hervir a 151,8 °C. A una determinda P, la T a la que una sustancia pura cambia de fase se llama temperatura de saturación Tsat. (a una P = 101,325 Kpa, T sat= 100 °C) A una determinda T, la P a la que una sustancia pura cambia de fase se llama presión de saturación. (a una, T = 100 °C, Psat = 101,325 Kpa)

12 Las superficies sólido-líquido y sólido-vapor de se muestran como la curva de fusión (o curva de congelación) y la curva de sublimación, respectivamente. La línea a trazos representa la curva de fusión (congelación) de una sustancia que, como el agua, se expansiona al congelarse. Mientras que las regiones bifásicas aparecen como líneas en un diagrama PT, las regiones monofásicas lo hacen como áreas.

13 Para el estado a en la región de líquido, por ejemplo, la temperatura Ta es menor que la de saturación Tf del estado f para el mismo valor de la presión. Tal estado del líquido se llama líquido subenfriado, ya que, a una presión dada, puede alcanzarse enfriando el líquido por debajo de su temperatura de saturación. La presión Pa del estado a se halla también por encima de la presión de saturación Pd del estado d a la misma temperatura. Por tanto, el estado a se conoce también como líquido comprimido, ya que puede alcanzarse, a una temperatura dada, comprimiendo el líquido por encima de su presión de saturación.

14 Un liquido que esta a punto de evaporarse recibe el nombre de liquido saturado. A una presión dada, la temperatura Tb del estado b es mayor que la temperatura de saturación Tf. Así, el estado b se conoce como estado de vapor sobrecalentado.

15 Las dos regiones, monofásica y bifásica, aparecen como áreas en este nuevo diagrama. La línea de líquido saturado representa los estados de la sustancia tales que: Al suministrar una cantidad pequeña de energía a la sustancia a presión constante una fracción pequeña de líquido cambiará a vapor. La extracción de energía de la sustancia en un estado cualquiera que se halle sobre la línea de vapor saturado da como resultado la condensación parcial del vapor, mientras que el suministro de energía origina el vapor sobrecalentado. Región central es región humedad.

16 Un estado representado por un punto en la región líquido-vapor (región húmeda), tal como el x, es una mezcla de líquido y vapor saturados. Se observa que durante la evaporación la P y T son ctes pero el v aumenta. X se denomina Calidad X = mg/ (mg +mf) X= 0 %X= 100 %

17 Las regiones monofásicas y bifásicas aparecen en posiciones similares a las correspondientes al diagrama Pv En el interior de la región líquido-vapor (región húmeda), las líneas de presión constante siguen las de temperatura constante, ya que durante un cambio de fase la presión y la temperatura no son propiedades independientes. Fuera de la región húmeda y a lo largo de una línea de presión constante, la temperatura crece al aumentar el volumen.

18 El agua es una sustancia anómala que se expansiona al solidificar. Así, el volumen específico de la fase sólida es mayor que el de la fase líquida. En la Figura se muestra la superficie PvT modificada para tener en cuenta este comportamiento.


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