Ramas de la Química Física - uprh.edu · fundamentales de la física a la química Ciencia experimental basada en observaciones macroscópi cas para extraer las ... MecánicaMecánica

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16 de agosto de 2014

Ramas de la Química FísicaQUÍMICA FÍSICAQUÍMICA FÍSICA

Termodinámicaermodinámica

Parte que aplica los conceptosfundamentales de la física a la química

Ciencia experimentalexperimental basada en observaciones macroscópicas para extraer las l f d t l li dTermodinámicaermodinámica

CinéticaCinética

EspectroscopiaEspectroscopia

leyes fundamentales que aplicada a procesos predice equilibrioequilibrio y espontaneidadespontaneidad

TiempoTiempo que toman los procesos. Es experimental y teórica.

EmisiónEmisión y absorciónabsorción de radiación por la materia.

MecánicaMecánica CuánticaCuántica

MecánicaMecánica EstadísticaEstadística PuentePuente entre la cuántica y la termodinámica.

Depende de postulados, nivelmicroscópicomicroscópico y es la base de la teoría de

la química atómica.


8/12/2014

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Definiciones Química Física:

Parte que aplica los conceptos fundamentales de la física a la química.

Ramas de la Química Física Temodinámica

Ciencia experimental que basándose en observaciones macroscópicasextrae las leyes fundamentales y se aplica a procesos para predecirequilibrio y espontaneidad.

Cinética Tiempo que toman los procesos. Es experimental y teórica.

Espectroscopía Emisión y absorción de radiación por la materia.M á i E t dí ti Mecánica Estadística Puente entre la cuántica y la termodinámica.

Mecánica Cuántica Depende de postulados, nivel microscópico y es la base de la teoría de

la química atómica.


Definiciones básicas

Sistema (parte del universo bajo estudio)

Abierto (Energía & Materia)Homogéneo

Cerrado (Energía)

Ambiente

Frontera

Variable

Estado

Heterogéneo

( g )

Aislado (ni energía & ni materia)

Resto del universo

Contornos, límites

Propiedad que describe el sistema: m, P, T, m, P, T, ηη, , ρρ

Se epecifica por un # mínimo de variable (ecuación)

Equilibrio

Paso

Proceso

6 de agosto de 2014

Cuando las propiedades no cambian con el tiempo

Etapas intermedias de cambio de estado

Técnica

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Ejemplo de proceso y paso

0 02 21) 1 ( ,1 , 20 ) 1 ( ,0.5 , 20 )VCO g atm C CO g atm C

0 02 22) 1 ( ,0.5 , 20 ) 1 ( ,1 , 20 )VCO g atm C CO g atm C


Sistema: Gases idealesEcuación de Estado

Introducción


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Manómetro abierto

General Chemistry: Principles and Modern Applications; Petrucci • Harwood • Herring ; 8th Edition

Pgas > Pbar Pgas < PbarPresión del gas = Presión barométrica


Manómetro abierto

General Chemistry: Principles and Modern Applications; Petrucci • Harwood • Herring ; 8th Edition

Pgas > Pbar Pgas < PbarPgas = Pbar


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Ley de Boyley y

1660

1P

V


Comportamiento del gas a T y nn constante

TemperaturaTemperatura y masa y masa constanteconstante, , nnmasamasa


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Representación gráfica de la Ley de BoyleAl VV aumentar también aumenta el epacio disponible para los choques entre moléculas y disminuye la presión, P {P {f /A (= P)f /A (= P)}.

Pre

sión

, atm

1/P

resi

ón, a

tm-1

General Chemistry 4ta Ed.; Hill, Petrucci, Mcreary, Perry; Prentice Hall © 2005


Volumen Volumen

Estime la presión a 3V y a 5V. ¿En cuál de lasgráficas es más fácil estimar el valor?

1P

V

kP

V

Pre

sión

©“General Chemistry” por Petrucci & Harwood; 1993; Macmillan Publishing Company; 6ta edición


Volumen

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Ley de Charlesy

1787

V T

Publicada por Gay-Lussac en 1802


Comportamiento del gas a P y nn constante

PresiónPresión y masa y masa constanteconstante, , nnmasamasa


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8

'

V t

V k t b

V0

V0

Vol

umen

, cm

3

©“General Chemistry” por Petrucci & Harwood; 1993; Macmillan Publishing Company; 6ta edición

V0

Cero Cero absolutoabsoluto, 0 K = , 0 K = --273.15273.15°°CC


Temperatura

Ley de Charles (comportamiento lineal)

ty m x b V m t b yy

y2

V=V=

V2=

2 1

2 1

0 0P

V Vt t

y V Vm b y V

x t t

m

y1

y0

V1=

V0=

0tP

VV m t b t V

t


xxx1 x2t1= t2= t(t(�C)=�C)=0�C

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Ley de Charles (factor de expansión termal,)

00 0

0 0 0 0

1 1t

P

V V V V

V V t t V t

0tP

VV t V

t

0 0 0 0 0 1tV V t V V t

0 0P

VV

t


0 0 0 0 0t

Ley de Charles (factor de expansión termal,)

0 0 0 0V

t t PV V t V V t

0 0 0 0

: 0 . :

0

AA t

A AP

temperatura absoluta t V entonces ec anterior

VV t V V t

t

00 0 1273.15A

V Vt C

V V


0 0 0

0

1

273.15

A

P

V Vt

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Temperatura absoluta

0 0 01 1273.15t

tV V t V

0

273.15

273.15t

tV V

V T273 15V t T V T

V kT


1 1 1

2 2 2

273.15

273.15

V t T

V t T

Combinación Boyle, Charles y Avogadro

1 1 1 2 2 21) ( , , , ) ( , , , )PasoP V T n P V T n

T constante P constanteBoyle Charles

1 1 1( , , , )P V T n

1 1

2

1 1 2 r

P Vr P

PV PV

V

PP11 VV11 TT11

nn

PP22 VVrr TT11

nn

VV22PP22 TT22

nn2 1 1

2 2 1

1V PV

T P T

2 1( , , , )rP V T n

2 2 2

1 2 1

r

r

V T V V

V T T T

2 2 2( , , , )P V T n

20

2 2 1 1

2 1

PV PVK nR

T T

PV nRT

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Combinación Boyle y Charles1 1 1 2 2 21) ( , , , ) ( , , , )PasoP V T n P V T n

PV

nTT constante

1 1 1 2 1) ( , , , ) ( , , , )ra P V T n P V T n1 1PV

PV PV V Boyle

R

P

2 2 2

1 2 1

r

r

V T V V

V T T T

1 1 22

r rPV PV VP

P constante2 1 2 2 2) ( , , , ) ( , , , )rb P V T n P V T n

Boyle

Charles 1 1

2 1

1PV

P T

2 2 1 1PV PVK R

energía

mol-grado mol-grado

fA A x lPV

RnT

P


PV nRT

2 2 1 1

2 1

PV PVK nR

T T

Ecuación de estado para gases ideales

PV nRTEcuaciónEcuación de de estadoestado: relación matemática entre variables que determinan o especifican un estadode un sistema

PV nRT

VnPV RT V volumen molar


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Valores de R (constante de los gases ideales)L - a tm

0 .0 8 2 0 6m o l- g r a d o

7 e r g io s8 .3 1 4 1 0

m o l - g r a d o

J u l io s8 .3 1 4

m o l- g r a d o

x

m o l g r a d o

c a lo r ía s1 .9 8

m o l- g r a d o


Aplicaciones Ley Gases IdealesM

RT P

PV nRT

P0

gM

gV

PV RT

PM RT RT

M

M

RT P


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Aplicaciones Ley Gases Ideales Dumas Mide densidad (ρ) de gas vs Pbajas

a Tconstante

M

RT P

constante

Regnault (g) Mide masa de envase vacío y

llenoP0

Mayers (V) Mide volumen de gas expulsado


isoterma

V T isobárico

Ley de gases ideales:Comportamiento de gas ideal

esió

n, P

Pre

©“Physical Chemistry” por P.W. Atkins; 1998;W.H. Freeman & Company; 6ta edición


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Pre

sión

, P

sión

, P

isotermasIsocóricas

f f

i i

P T

P T

f i

i f

P V

P V

i i f fPV P V

Pre

sión

, P

Pre

Voumen constante

Temperatura constante

Presión constante

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/idegas.html

isobáricasf f

i i

V T

V T


isotermasIsocóricas

f f

i i

P T

P T

f i

i f

P V

P V

i i f fPV P V

Pre

sión

, P

sión

, P

Voumen constante

Temperatura constante

Presión constante

Pre

sión

, P

Pre

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/idegas.html

isobáricasf f

i i

V T

V T


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Ecuación de estado y diagrama de fases Coeficiente de expansión termal

1 V

V

Nota:

PV T

T

P

Nota: Para GAS REALGAS REAL:

0T V 0


Ecuación de estado y diagrama de fases

Coeficiente de compresibilidadisotermal

P

T

1

T

V

V P

V


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16

Ecuación de estado y diagrama de fases

P

P

VT

T

V

T


Consecuencias de la Ley de Gases Ideales

Ley de Dalton para mezcla de gasesi t

i

RTn RT RTnn T iP P

Ley de Amagat para volúmenes parciales

i

i

RTni V i

i i i TRT nT tV

P nx P x P

P n

inV V V T i

T i i i TV V V x V


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