Ley de Los Estados Correspondientes

 

LEY DE LOS ESTADOS CORRESPONDIENTES

La ley de los estados correspondientes es una definición químicofísicomatemático ya que dice que conociendo un número determinado de propiedades termodinámicas (Presión, Temperatura o Volumen) Existe uno y solo un valor para la siguiente propiedad. Esta se expresa por la regla de las fases que dice:

L=N-F+2 Donde: L= Número de grados de libertad. N= Número de Componentes F= Número de Fases Ejemplos:

Ej1: Si tu tienes agua a presión y temperatura ambiente (1 atm y 25°C) sería así N = 1 (Sólo tienes agua) F = 1 (Es en estado líquido) entonces si sustituyes L=1+1-2 L=0 Cuando L es igual a Cero, quiere decir que el sistema está TOTALMENTE determinado(ya no faltan datos para saber su estado), y solo existe un solo valor para su volumen.

¿Para que sirve?.

 

El teorema de estados correspondientes ayuda a establecer una sustancia estándar y como ésta se desvía de la idealidad de igual forma para todas las sustancias.

Ley de los estados correspondientes El teorema de los estados correspondientes o principio de los estados correspondientes) fue establecido por van der Waals en 1873, e indica que todos los fluidos, cuando se comparan con la misma temperatura reducida y presión reducida, tienen aproximadamente idéntico factor de compresibilidad y se desvían del comportamiento de gas ideal en, más o menos, el mismo grado.

El ejemplo más importante es la ecuación de van der Waals, cuya forma reducida se puede aplicar a todos los fluidos. Ej2 Si estás calentando en una olla para la cocina ( y está tapada). Supongamos que la olla está a 90°C y con un volumen de 3 L, (si la llenaras mitad aire y mitad agua) sería así: N = 2 (Agua y Aire) F = 2 (Líquido del agua y Vapor del agua junto con el gas) L=2-2+2 L=2 Quiere decir que se necesitan por lo menos otras 2 propiedades para definir todo el sistema. Estas otras dos variables pueden ser la composición de agua y aire para obtener la presión. Factor de compresibilidad El factor de compresibilidad (Z), conocido también como el factor de compresión, es la razón del volumen molar de un gas con relación al volumen molar de un gas ideal a la misma temperatura y presión. Es una propiedad termodinámica útil para modificar la ley de los gases ideales para ajustarse al comportamiento de un gas real.1 En general, la desviación del comportamiento ideal se vuelve más significativa cercano esté un gas a un cambio de fase, sea menor la temperatura entre o másmás grande la presión.

 

Formula La formula para hallarel factor de compresibilidad Z:

Z=PV/nRT

P= presion V= volumen n= # moles R= cte. de los gases T= temperatura

Par un gas ideal Z es igual 1. Por lo tanto , las desviaciones del valor de la unidad indican un comportamiento no ideal. Como cada gas presenta diferentes interacciones entre sus moleculas el comportamiento de Z es muy variable.

 

TRABAJO IRREVERSIBLE

En termodinámica, el concepto de irreversibilidad se aplica a aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. El fenómeno de la irreversibilidad resulta del hecho de que si un sistema termodinámico de moléculas interactivas de oundistribución estado termodinámico a otro, ello como resultado queeslatrasladado configuración de átomos y moléculas endará el seno de dicho sistema variará. Cierta cantidad de "energía de transformación" se activará cuando las moléculas del "cuerpo de trabajo" interaccionen entre sí al cambiar de un estado a otro. Durante esta transformación, habrá cierta pérdida o disipación de energía calorífica, atribuible al rozamiento intermolecular y a las colisiones. Lo importante es que dicha energía no será recuperable si el proceso se invierte. Este se aplica en aquellos procesos que, como la entropía, no son reversibles en el tiempo. Desde esta perspectiva termodinámica, todos los procesos naturales son irreversibles. El fenómeno de la irreversibilidad del hechodedeun queestado si un sistema termodinámico de moléculas interactivas resulta es trasladado termodinámico a otro, ello dará como resultado que la configuración o distribución de átomos y moléculas en el seno de dicho sistema variará

TRABAJO REVERSIBLE

El trabajo reversible se define como la cantidad máxima de trabajo útil que puede obtenerse cuando un sistema experimenta un proceso entre los estados inicial y final. Ésta es la salida (o entrada) de trabajo útil que se obtiene cuando el proceso entre los estados inicial y final se ejecuta de manera reversible.

 

Sistemas complejos Sin embargo, aun en el caso de que los físicos afirmen que todo proceso es irreversible en cierto sentido, la diferencia entre los eventos reversibles e irreversibles tiene valor explicativo, si son considerados los sistemas más complejos, como organismos vivos, especies o ecosistemas. De acuerdo con los biólogos Humberto Maturana y Francisco Varela, los seres vivos se caracterizan por la autopoiesis, que permite su existencia en el tiempo. Formas más primitivas de sistemas autoorganizados han sido descritas por el físico y químico belga Ilya Prigogine. En el contexto de sistemas complejos, los eventos que resultan al final de ciertos procesos autoorganizativos, como la muerte, la extinción de una especie o el colapso de un sistema meteorológico, pueden ser considerados irreversibles. Incluso si desarrollamos un clon con el mismo principio organizativo (por ejemplo, idéntica estructura de ADN), esto no quiere decir que el viejo sistema volviese a reproducirse. Los eventos a los que pueden adaptarse las capacidades de autoorganización de los organismos, especies u otros sistemas complejos, de la misma manera que lesiones menores o cambios en el ambiente físico, son reversibles. Principios ecológicos como la sostenibilidad y el principio de precaución pueden ser definidos con referencia al concepto de reversibilidad. Con todo, la postura de Ilya Prigogine sobre la irreversibilidad y la entropía varía con respecto a la de la física tradicional. En su conferencia El nacimiento del tiempo (Roma, 1987), el científico sostuvo: La entropía contiene siempre dos elementos dialécticos: un elemento creador de desorden, pero también un elemento creador de orden.

 

MECANISMO DE LA VAPORIZACIÓN

El primer El primer principio de la Termodinámica  ΔU=Q-W  

siendo Q  el calor absorbido ( Q>0) por el sistema y W   el trabajo realizado por el sistema (W >0 >0 si el sistema aumenta su volumen). Supongamos que una cantidad de calor Q=Li   convierte un mol de líquido en un mol de vapor sin cambio de volumen, entonces  ΔU=Q=Li  

Sin embargo, durante el proceso de vaporización hay un cambio de volumen, un mol de líquido V ll    ocupa menos volumen que un mol de vapor V v v   a la misma presión P  y  y temperatura T . El trabajo realizado por el sistema es W=P (V v v-V  -  V l l)  El calor que tenemos que suministrar es Q=L= ΔU+W=Li + P (V vv -V  -  V ll  ) L  se

define como el calor latente o entalpía de vaporización, es decir, el calor necesario para que se evapore un mol de líquido a una presión constante P  y  y a la temperatura T . Normalmente V vv >>   y suponiendo que el vapor se comporta como un gas ideal, >   > V ll   y tendremos para un mol de vapor PV=RT  

Finalmente, tendremos la relación L=Li +RT  +RT  

Si se calienta un líquido se incrementa la energía cinética media de sus moléculas. Las moléculas cuya energía cinética es más elevada y que están cerca de la superficie del líquido escaparán y darán lugar a la fase de vapor

Si el líquido está contenido en un recipiente cerrado, algunas moléculas del vapor seguirán el camino inverso chocando con la superficie del líquido e incorporándose a la fase líquida.

 

Se establece un equilibrio dinámico, cuando el número de moléculas que se escapan del líquido sea igual (en valor medio) al número de moléculas que se incorporan al mismo. Decimos entonces, que tenemos vapor saturado a la temperatura T  y la presión parcial que ejercen las moléculas de vapor vap or a esta temperatura se denomina presión de vapor P vv .  La presión de vapor de una sustancia depende solamente de la temperatura y no del volumen; esto es, un recipiente que contiene líquido y vapor en equilibrio a una temperatura fija, la presión es independiente de las cantidades relativas de líquido y de vapor presentes. La temperatura de ebullición es aquella para la cual, la presión de vapor es igual a la presión exterior. La presión de vapor del agua es igual a una atmósfera a la temperatura de 100ºC Si consideramos que la  la función de distribución de Boltzmann  Boltzmann se aplica al mecanismo de la evaporación

donde nv  y  y nl  son  son el número de moles en la unidad de volumen en el vapor y en el líquido, respectivamente a la temperatura absoluta T , y Li   es el valor medio por mol de sustancia de la diferencia entre la energía potencial de las moléculas en su fase de vapor y en su fase líquida. Esta ecuación nos dice que nv  y   y por tanto, la presión de vapor P v v,  se incrementan rápidamente con la temperatura absoluta T . Derivando esta ecuación respecto de T , suponiendo que nl  es  es independiente de T .

-  ln(RT ) =ln P v v-ln( Si el vapor se comporta como un gas ideal P vv =n = RT   o bien, ln nv =ln   nv RT  Derivando esta expresión respecto de T  

o bien,

 

Esta es una de las formas de la famosa ecuación de Clausius-Clapeyron que proporciona la pendiente de la curva, en el diagrama P-T (figura al principio de esta sección), de coexistencia de las fases líquida y de vapor en equilibrio. El calor latente L varía con la temperatura T , pero podemos suponerlo constante en un intervalo dado de temperaturas. Integrando la ecuación diferencial, obtenemos

De este modo, haciendo una representación gráfica de ln P v v en    en función de la inversa de la temperatura T , y aplicando el  el procedimiento de los mínimos cuadrados, cuadrados,  la pendiente de la curva nos proporciona el valor medio del calor latente de vaporización L en un intervalo dado de temperaturas.