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Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia

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Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia - PowerPoint PPT Presentation


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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:.

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cap tulo 19 propiedades t rmicas de la materia

Capítulo 19 Propiedades térmicas de la materia

Presentación PowerPoint de

Paul E. Tippens, Profesor de Física

Southern Polytechnic State University

© 2007

objetivos despu s de terminar esta unidad deber
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 termodin mico
Estado termodinámico

El estado termodinámico de un gas se define con cuatro coordenadas:

  • Presión absoluta, P
  • Temperatura absoluta, T
  • Volumen, V
  • Masa mo cantidad de materia n
leyes de gas entre estados

P1, V1 T1 m1

P2, V2 T2 m2

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.

Estado 1

Estado 2

Cualquier factor que permanezca constante se elimina

slide5

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 cu l ser la presi n manom trica

Dado:

T1 = 293 K; T2 = 303 K; P1 = 42.7 psi

Ejemplo 1: ¿Cuál será la presión manométrica?

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 composici n de la materia

protón

Bloques constructores de los átomos.

neutrón

Átomo de helio

electrón

Los átomos contienen protones y neutrones , que tienen casi la misma masa, rodeados por electrones que en comparación son casi despreciables.

La composición de la materia

Cuando se trata con gases, es mucho más conveniente trabajar con masas relativas de átomos.

masas relativas

1 partícula

Hidrógeno, H

4 partículas

Helio, He

7 partículas

Litio, Li

Carbono, C

12 partículas

16 partículas

Oxígeno, O

Masas relativas

Para entender escalas relativas, ignore los electrones y compare los átomos por el número total de partículas nucleares.

masa at mica

Masas atómicas de algunos elementos:

Hidrógeno, H = 1.0 u

Carbono, C = 12.0 u

Helio, He = 4.0 u

Nitrógeno, N = 14.0 u

Litio, Li = 7.0 u

Neón, Ne = 20.0 u

Berilio, Be = 9.0 u

Cobre, Cu = 64.0 u

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).

masa molecular

Considere dióxido de carbono (CO2)

Masa molecular

La masa molecular M es la suma de las masas atómicas de todos los átomos que conforman la molécula.

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

definici n de mol
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
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 n mero de mol culas
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
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 cu l es la masa de un s lo tomo de boro m 11 g 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

ley de gas ideal

Volumen de un mol de un gas:

V = 22.4 L o 22.4 x 10-3 m3

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.

la constante universal de gas r
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

slide18

V = 2 L

t = 250C

O2

m = 200g

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?

T = 250 + 2730 = 298 K

V = 2 L = 2 x 10-3 m3

P = 7.74 MPa

slide19

V = 2.4 m3

T = 300 K

N2

P = 220kPa

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?

m = 5.93 kg

m = 5930 g o