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Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University ©

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Presentación del tema: "Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University ©"— Transcripción de la presentación:

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2 Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University © 2007

3 Objetivos: Después de terminar esta unidad, deberá: Escribir y aplicar relaciones entre presión, volumen, temperatura y cantidad de materia para gases ideales que experimentan cambios de estado. Escribir y aplicar la ley general de los gases para un estado particular de un gas ideal. Definir y aplicar conceptos que involucren masa molecular, moles y número de Avogadro.

4 Estado termodinámico El estado termodinámico de un gas se define con cuatro coordenadas: Presión absoluta, PPresión absoluta, P Temperatura absoluta, TTemperatura absoluta, T Volumen, VVolumen, V Masa m o cantidad de materia nMasa m o cantidad de materia n

5 Leyes de gas entre estados Las leyes de Boyle, de Charles y de Gay-Lusac se pueden combinar en una sola fórmula para un gas ideal que cambia del estado 1 a otro estado 2. P 1, V 1 T 1 m 1 P 2, V 2 T 2 m 2 Cualquier factor que permanezca constante se elimina Estado 1 Estado 2

6 Ejemplo 1: La llanta de un automóvil tiene una presión manométrica de 28 psi en la mañana a 20 0 C. Después de conducir durante horas la temperatura del aire interior de la llanta es de 30 0 C. ¿Cuál será la lectura manométrica? (Suponga 1 atm = 14.7 psi.) T 1 = = 293 K T 2 = = 303 K P abs = P manom + 1 atm; P 1 = = 42.7 psi Mismo aire en llantas: m 1 = m 2 Mismo volumen de aire: V 1 = V 2

7 Ejemplo 1: ¿Cuál será la presión manométrica? Dado: T 1 = 293 K; T 2 = 303 K; P 1 = 42.7 psi P 2 = 44.2 psi La presión manométrica es 14.7 psi menos que este valor: P 2 = 44.2 psi psi ; P 2 = 29.5 psi

8 La composición de la materia Cuando se trata con gases, es mucho más conveniente trabajar con masas relativas de átomos. Bloques constructores de los átomos. electrón protón neutrón Átomo de helio Los átomos contienen protones y neutrones, que tienen casi la misma masa, rodeados por electrones que en comparación son casi despreciables.

9 Masas relativas Para entender escalas relativas, ignore los electrones y compare los átomos por el número total de partículas nucleares. Oxígeno, O 16 partículas Carbono, C 12 partículas Litio, Li 7 partículas Helio, He 4 partículas Hidrógeno, H 1 partícula

10 Masas atómicas de algunos elementos: Masa atómica La masa atómica de un elemento es la masa de un átomo del elemento comparada con la masa de un átomo de carbono tomado como 12 unidades de masa atómica (u). Carbono, C = 12.0 u Nitrógeno, N = 14.0 u Neón, Ne = 20.0 u Cobre, Cu = 64.0 u Hidrógeno, H = 1.0 u Helio, He = 4.0 u Litio, Li = 7.0 u Berilio, Be = 9.0 u

11 Masa molecular La masa molecular M es la suma de las masas atómicas de todos los átomos que conforman la molécula. Considere dióxido de carbono (CO 2 ) 1 C = 1 x 12 u = 12 u 2 O = 2 x 16 u = 32 u CO 2 = 44 u La molécula tiene un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno

12 Definición de mol Un mol es aquella cantidad de una sustancia que contiene el mismo número de partículas que hay en 12 g de carbono 12. (6.023 x partículas) 1 mol de carbono tiene una masa de 12 g 1 mol de helio tiene una masa de 4 g 1 mol de neón tiene una masa de 20 g 1 mol de hidrógeno (H 2 ) = = 2 g 1 mol de oxígeno (O 2 ) es = 32 g

13 Masa molecular en gramos/mol La unidad de masa molecular M es gramos por mol. Hidrógeno, H = 1.0 g/mol Helio, He = 4.0 g/mol Carbono, C = 12.0 g/mol Oxígeno, O = 16.0 g/mol H 2 = 2.0 g/mol O 2 = 16.0 g/mol H 2 O = 18.0 g/mol CO 2 = 44.0 g/mol Cada mol tiene 6.23 x moléculas

14 Moles y número de moléculas Encontrar el número de moles n en un número dado N de moléculas: Número de Avogadro: N A = x partículas/mol Ejemplo 2: ¿Cuántos moles de cualquier gas contendrán 20 x moléculas? n = 3.32 mol

15 Moles y masa molecular M Encontrar el número de moles n en una masa dada m de una sustancia: La masa molecular M se expresa en gramos por mol. Ejemplo 3: ¿Cuántas moles hay en 200 g de gas oxígeno O 2 ? (M = 32 g/mol) n = 6.25 mol

16 Ejemplo 4: ¿Cuál es la masa de un sólo átomo de boro (M = 11 g/mol)? Se proporcionan tanto un número N = 1 como una masa molecular M = 11 g/mol. Recuerde que: m = 1.83 x g

17 Ley de gas ideal Al sustituir moles n por masa m, se sabe que: En otras palabras, la razón PV/nT es una constante, y si se puede encontrar su valor, se puede trabajar con un sólo estado. Dado que un mol de cualquier gas contiene el mismo número de moléculas, tendrá el mismo volumen para cualquier gas. Volumen de un mol de un gas: V = 22.4 L o 22.4 x m 3

18 La constante universal de gas R La constante universal de gas R se define del modo siguiente: Evalúe para un mol de gas a 1 atm, 273 K, 22.4 L. R = J/mol·K

19 Ejemplo 5: Doscientos gramos de oxígeno (M = 32 g/mol) llenan un tanque de 2 L a una temperatura de 25 0 C. ¿Cuál es la presión absoluta P del gas? V = 2 L t = 25 0 C m = 200 g O2O2 T = = 298 K V = 2 L = 2 x m 3 P = 7.74 MPa

20 Ejemplo 6: ¿Cuántos gramos de gas nitrógeno (M = 28 g/mol) ocuparán un volumen de 2.4 m 3 si la presión absoluta es 220 kPa y la temperatura es 300 K? V = 2.4 m 3 T = 300 K P = 220 kPa N2N2 m = 5930 g o m = 5.93 kg

21 Resumen de fórmulas

22 CONCLUSIÓN: Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia


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