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Sustancias puras

Una sustancia que tiene una composición química fija en cualquier parte se llama sustancia pura.

Ejemplos: sustancias con un solo tipo de moléculas o mezclas uniformes

Fases de las sustancias puras

Procesos de cambio de fase en sustancias puras

Gases

Diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase

Liquída

Solido

Grupos de moléculas se apartan entre sí

Gaseosa

Las moléculas se mueven al azar

Las moléculas están en posiciones relativamente fijas

Vapor saturado y vapor sobrecalentado

Líquido comprimido y líquido saturado

Temperatura de saturación y presión de saturación

* En estas condiciones el agua existe en fase líquida y se denomina líquido comprimido o líquido subenfriado. Esto significa que no está a punto de evaporarse. (Estado 1)

* Un líquido que está a punto de evaporarse se llama líquido saturado; así, el estado 2 corresponde al de un líquido saturado.

* Un vapor que está a punto de condensarse se llama vapor satu-rado; por lo tanto, el estado 4 es un estado de vapor saturado, y una sustancia entre los estados 2 y 4 se conoce como vapor húmedo o una mezcla saturada de líquido-vapor, debido a que en estos estados las fases líquida y vapor coexis-ten en equilibrio.

* Un vapor que no está a punto de condensarse (es decir, no es vapor saturado) se denomina vapor sobrecalentado; por lo tanto, el agua en el estado 5 es un vapor sobrecalentado.

A 1 atm y 20 °C, el agua existe en la fase líquida (líquido comprimido)

A 1 atm de presión y 100 °C, el agua existe como un líquido que está listo para evaporarse (líquido saturado)

A 1 atm de presión, la temperatura per-manece constante en 100 °C hasta que se evapora la última gota de líquido (vapor saturado)

Conforme se transfiere más calor, la tem-peratura del vapor empieza a aumentar (vapor sobrecalentado)

Es decir, la temperatura a la cual comienza a hervir el agua depende de la presión; en consecuencia, si la presión es constante, sucede lo mismo con la temperatura de ebullición.

A una determinada presión, la temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase se llama temperatura de saturación, Tsat. Del mismo modo, a una temperatura determinada, la presión a la que una sustancia pura cambiade fase se llama presión de saturación, Psat.

Calor latente

Calor latente de fusión

Para fundir un sólido o vaporizar un líquido se requiere una gran cantidad de energía. La cantidad de ésta que es absorbida o liberada durante el proceso de cambio de fase

Específicamente, la cantidad de energía absorbida durante la fusión

calor latente de evaporación

De modo similar, la cantidad de energía absorbida durante la evaporación.

Diagrama P-v

Diagrama T-v

Diagrama P-t

Diagrama PVT

El diagrama de temperatura-volumen de una sustancia pura indica los puntos críticos, y también se puede apreciar la región de liquido comprimido y la región de vapor sobrecalentado, además de la región de saturación que se localiza debajo del domo

Son una manera conveniente de visualizar los cambios en la presión y el volumen. A los diferentes estados del gas les corresponde un punto en el diagrama PV. En el eje vertical se da la presión y en el eje horizontal el volumen, como observamos abajo.

El cual se conoce como diagrama de fases porque las tres fases están separadas entre sí por tres líneas: la de sublimación separa las regiones sólida y de vapor, la de evaporación divide las regiones líquida y de vapor, y la de fusión separa las regiones sólida y líquida.

El diagrama PVT es la representación en el espacio tridimensional Presión - Volumen especifico - Temperatura de los estados posibles de un compuesto químico.

Tabla de propiedades

Vapor sobrecalentado

Entalpía

Líquido comprimido

Es una magnitud termodinámica cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.

h=� u + Pv (kJ/kg)

o

bien H�=U + PV (kJ)

Estados de líquido saturado y de vapor saturado

Mezcla saturada de líquido-vapor

El subíndice f se emplea para denotar propiedades de un líquido saturado y el subíndice g para expresar las propiedades de vapor saturado.

Otro subíndice común es fg, el cual denota la diferencia entre los valores de vapor saturado y líquido saturado de la misma propiedad.

vf= volumen específico del líquido saturado

vg= volumen específico del vapor saturado

vfg= diferencia entre vg y vf (es decir, vfg=vg – vf)

Durante un proceso de evaporación, una sustancia existe como una parte líquida y otra de vapor, es decir, es una mezcla de líquido saturado y vapor saturado

Para poder analizar esto necesitamos sacar la caliad como la razón entre la masa de vapor y la masa total de la mezcla

x =mvapor/ mtotal

mtotal=�mlíquido+�mvapor= �mf+�mg

Un vapor húmedo se puede tratar como una combinación de dos subsistemas: el del líquido saturado y el del vapor saturado.

Un recipiente contiene un vapor húmedo. El volumen ocupado por el líquido saturado es Vf, mientras que el volumen del vapor saturado es Vg. El volumen total V es la suma de los dos.

V �=Vf+ Vg

V �=mv-->mtv prom =m f v f +m g v g

En la región situada a la derecha de la línea de vapor saturado y a temperaturas superiores a la temperatura en el punto crítico, una sustancia existe como vapor sobrecalentado

En comparación con el vapor saturado, el sobrecalentado se caracteriza por

Presiones menores (P<�Psata una T dada)

Temperaturas superiores (T>Tsat a una P dada)

Volúmenes específicos superiores (v>vg a una P o T dada)

Energías internas superiores (u>ug a una P o T dada)

Entalpías superiores (h hg a una P o T dada)

líquido comprimido, una aproximación general es considerar al líquido comprimido como un líquido saturado a la temperatura dada.

Esto se debe a que las propiedades del líquido comprimido tienen mayor dependencia de la temperatura que de la presión. Así,

y=yfaT

Aunque la aproximación anterior produce un error insignificante en v y u, el error en h puede alcanzar niveles indeseables. Sin embargo, con h a presiones y temperaturas entre bajas y moderadas es posible reducir considerablemente el error al evaluar h a partir de:

h≅ hf aT�+ vfaT (P �+ Psat a T)

En general, un líquido comprimido está caracterizado por:

Presiones superiores (P>Psat a una T dada)

Temperaturas inferiores (T<Tsat a una P dada)

Volúmenes específicos inferiores (v� <vf a una P o T dada)

Energías internas inferiores (u<uf a una P o T dada)

Entalpías inferiores (h<hf a una P o T dada)

Comportamiento de un gas ideal puro.

Gas real

Es un gas hipotético del cual su comportamiento de presión, volumen y temperatura, se describe por completo mediante la ecuación del gas ideal

pV=nRT

Son los gasesque existen en la naturaleza, cuyas moléculas están sujetas a las fuerzas de atracción y repulsión

Ecuación de Charles

Ley de avogabro

Ecuación de Boyler

Comportamiento de una mezcla de gases ideales

Ley de amagat de volumenes parciales

Ley de presiones parciales

Dalton

El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a una temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión

P1⋅V1=P2⋅V2

Dice que para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura, el volumen del gas disminuye

V1/T1=V2/T2

Establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión

V1/n1=V2/n2

La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones de cada gas si estuviera presente solo

Pt = P₁ + P₂ +P₃ +...Pn

Esta ecuación implica que cada uno de los gases se comporta de manera independiente a los otros

Dice que en una mezcla de gases, el volumen total puede ser considerado como la suma de los volúmenes parciales de los constituyentes de la mezcla

VT = V1 + V2 + V3 +…. Vi