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

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. Definir y aplicar conceptos que involucren masa molecular, moles y número de Avogadro. Escribir y aplicar la ley general de los gases para un estado particular de un gas ideal.

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

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. P1, V1 T1 m1 P2, V2 T2 m2 Estado 1 Estado 2 Cualquier factor que permanezca constante se elimina

Pabs = Pmanom + 1 atm; P1 = 28 + 14.7 = 42.7 psi Ejemplo 1: La llanta de un automóvil tiene una presión manométrica de 28 psi en la mañana a 20 0C. Después de conducir durante horas la temperatura del aire interior de la llanta es de 30 0C. ¿Cuál será la lectura manométrica? (Suponga 1 atm = 14.7 psi.) T1 = 20 + 273 = 293 K T2 = 30 + 273 = 303 K Pabs = Pmanom + 1 atm; P1 = 28 + 14.7 = 42.7 psi Mismo aire en llantas: m1 = m2 Mismo volumen de aire: V1 = V2

Ejemplo 1: ¿Cuál será la presión manométrica? Dado: T1 = 293 K; T2 = 303 K; P1 = 42.7 psi P2 = 44.2 psi La presión manométrica es 14.7 psi menos que este valor: P2 = 44.2 psi - 14.7 psi ; P2 = 29.5 psi

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.

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

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). Masas atómicas de algunos elementos: Hidrógeno, H = 1.0 u Helio, He = 4.0 u Litio, Li = 7.0 u Berilio, Be = 9.0 u Carbono, C = 12.0 u Nitrógeno, N = 14.0 u Neón, Ne = 20.0 u Cobre, Cu = 64.0 u

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 (CO2) La molécula tiene un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno 1 C = 1 x 12 u = 12 u 2 O = 2 x 16 u = 32 u CO2 = 44 u

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 1023 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 (H2) = 1 + 1 = 2 g 1 mol de oxígeno (O2) es 16 + 16 = 32 g

Masa molecular en gramos/mol La unidad de masa molecular M es gramos por mol. Hidrógeno, H = 1.0 g/mol H2 = 2.0 g/mol Helio, He = 4.0 g/mol O2 = 16.0 g/mol Carbono, C = 12.0 g/mol H2O = 18.0 g/mol Oxígeno, O = 16.0 g/mol CO2 = 44.0 g/mol Cada mol tiene 6.23 x 1023 moléculas

Moles y número de moléculas Encontrar el número de moles n en un número dado N de moléculas: Número de Avogadro: NA = 6.023 x 1023 partículas/mol Ejemplo 2: ¿Cuántos moles de cualquier gas contendrán 20 x 1023 moléculas? n = 3.32 mol

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 O2? (M = 32 g/mol) n = 6.25 mol

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 10-23 g

Volumen de un mol de un gas: 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 10-3 m3

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 = 8.314 J/mol·K

Ejemplo 5: Doscientos gramos de oxígeno (M = 32 g/mol) llenan un tanque de 2 L a una temperatura de 250C. ¿Cuál es la presión absoluta P del gas? V = 2 L t = 250C m = 200 g O2 T = 250 + 2730 = 298 K V = 2 L = 2 x 10-3 m3 P = 7.74 MPa

V = 2.4 m3 T = 300 K N2 P = 220 kPa m = 5.93 kg m = 5930 g o Ejemplo 6: ¿Cuántos gramos de gas nitrógeno (M = 28 g/mol) ocuparán un volumen de 2.4 m3 si la presión absoluta es 220 kPa y la temperatura es 300 K? V = 2.4 m3 T = 300 K P = 220 kPa N2 m = 5.93 kg m = 5930 g o

Resumen de fórmulas

CONCLUSIÓN: Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia