UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD: Facultad De Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y
Geográfica TEMA # 1: Difusión de gases y primera ley e la termodinámica
ESCUELA:
E.A. Ingeniería de Minas
CURSO: !a"oratorio de Físico#$uímica
PROFESORA: Ing. %uímica Godelia &anc'ari (il)erio
ALUMNO:
•
*igil Domingue+ Ael (tuard
!ima, erú 10-/
--/012
3ndice -.
Introducción
1.
4"5eti)os
2.
Materiales
6.
Marco teórico
.
Eperimento
/.
&uestionario
7.
&onclusiones
Introducción La difusión siempre procede de una región de mayor concentración a otra menos concentrada. A pesar que las velocidades moleculares son muy grandes, el proceso de difusión de gases toma un tiempo relativamente grande para completarse. La difusión de los gases siempre sucede en forma gradual, y no en forma instantánea, como parece sugerir las velocidades moleculares. Además puesto que la raíz de la velocidad cuadrática media de un gas ligero es mayor que la de un gas más pesado, un gas más ligero se difundirá a través de un cierto espacio más rápido que un gas más pesado. En la segunda parte veremos a la primera ley de la termodinámica. Para entender esta ley, es til imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un ém!olo móvil y que mediante un mec"ero podemos agregarle calor, o aplicándola en nuestra vida cotidiana como por e#emplo, cada vez que conducimos un automóvil, que encendemos un aire acondicionado o cocinamos algn alimento, reci!imos sin darnos cuenta los !ene$cios prácticos de la termodinámica
%!#etivos &.
'emostrar la ley de difusión de gases (Ley de )ra"am*
+.
ompro!ar la primera ley de la termodinámica
-ateriales 8
res tu!os de vidrio de /0 cm
1
Algodón
1
2egla graduada
1
ronometro
1
3istema térmico casero (lata de latón con un depósito para el com!usti!le*
1
'os #eringas de &mL descarta!le
1
3olución de 456%5
1
3olución de 5l
1
2on de quemar
Marco teórico •
Difusión gaseosa9
Es el fenómeno por el cual las moléculas de un gas se distri!uyen uniformemente el otro gas. am!ién se esta!lece como la capacidad de las moléculas gaseosas para pasar a través de a!erturas peque7as, tales como paredes porosas, de cerámica o porcelana que no se "alla vidriada. En &890, "omas )ra"am, un químico escocés demostró que la velocidad de efusión y difusión de los gases es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar
de esta ley se deduce que si la velocidad de efusión o difusión es inversamente proporcional al tiempo que tarda en escapar una determinada cantidad de gas, implica necesariamente que el tiempo de efusión necesario para la efusión de un cierto nmero de moles de moléculas es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa molar
La difusión gaseosa fue una de las varias tecnologías para la separación de isótopos de uranio desarrolladas por parte del Proyecto -an"attan para producir uranio enriquecido forzando que el "e:a;uoruro de uranio (nico compuesto del uranio gaseoso* atraviese mem!ranas semi
y uranio<+=8. -ediante el uso de una gran cascada de muc"os pasos, se pueden conseguir grandes separaciones. Actualmente "a quedado o!soleta ante la nueva tecnología de centrifugadoras de gas, que requiere muc"a menos energía para conseguir la misma separación.
:ermodinámica9
•
La termodinámica constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método e:perimental. Los estados de equili!rio se estudian y de$nen por medio de magnitudes e:tensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema, o
por medio de magnitudes no
•
rimera ley de la termodinámica9
am!ién conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, esta!lece que si se realiza tra!a#o so!re un sistema o !ien este intercam!ia calor con otro, la energía interna del sistema cam!iará. Cisto de otra forma, esta ley permite de$nir el calor como la energía necesaria que de!e intercam!iar el sistema para compensar las diferencias entre tra!a#o y energía interna. Due propuesta por 4icolas Léonard 3adi arnot en &8+6, en su o!ra 2e;e:iones so!re la potencia motriz del fuego y so!re las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que e:puso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta o!ra fue incomprendida por los cientí$cos de su época, y más tarde fue utilizada por 2udolf lausius y Lord elvin para formular, de una manera matemática, las !ases de la termodinámica. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguienteF Gue aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la formaF 'onde H es la energía interna del sistema (aislado*, G es la cantidad de calor aportado al sistema y I es el tra!a#o realizado por el sistema. Esta ltima e:presión es igual de frecuente encontrarla en la forma . Am!as e:presiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos JHPA o el radicional.
Eperimento •
Difusión de gases
&. Primero "ay que armar el sistema con los materiales que tenemos(tu!o de /0 cm, algodón*. +. Luego "ay que ec"ar los ácidos al mismo tiempo en cada e:tremo e inmediatamente después se cierra con el algodón para que no se pierda los gases. =. Por ltimo se toma el tiempo en que am!os gases tardan en #untarse y formar un "alo !lanquecino. 6. Los datos se anotan en una ta!la
;esultado
:iempo Distancia 'acia el 'alo
Eperimento <=2 .-- s 16. cm
:iempo Distancia 'acia el 'alo
Eperimento 1 <=2 6.- s 1 cm
:iempo Distancia 'acia el 'alo
Eperimento <=2 .67 s 16.7 cm
=&l .-- s /-. cm
=&l 6.- s /0 cm
=&l .67 s /0 cm
•
rimera ley de la termodinámica -. rimero se llena el sistema calorífico con agua. 1. !uego se llena el depósito de com"usti"le con ron de $uemar y se 'ace arder. 2. Anotar lo o"ser)ado
;esultado
%!servamos que al "acer encender el com!usti!le se o!tiene energía calorí$ca que "ará encender el sistema lo cual "ará que el agua que este dentro del sistema se empieza a calentar "asta llegar al punto en que el agua se evapore. Ese vapor de agua saldrá por un peque7o ori$cio que tiene la lata y moverá una peque7a tur!ina. Ese movimiento que "aga la tur!ina generara energía que "ará que el foco LE' se prenda por unos segundos y así compro!ando la primera ley de la termodinámica
&uestionario 1. ¿Por qué el tuo !ee e"tr $o%&let%e'te l(%&(o ) "e$o*
Porque la "umedad que contenga el tu!o interferirá en el li!re desplazamiento de los gases y no nos permitirá ver el e:perimento en óptimas condiciones. +. De"$r( l" &ro&(e!!e" !e lo" ,"e" %-" (%&ort'te" ut(l(!"
No tienen forma propia
4o tienen forma propia, pues se adaptan al recipiente que los contiene. Se dilatan y contraen como los sólidos y líquidos. Fluidez
Es la propiedad que tiene un gas para ocupar todo el espacio de!ido a que, prácticamente, no posee fuerzas de unión entre las moléculas que lo conforman. Difusión
Es el proceso por el cual un gas se mezcla con otro de!ido nicamente al movimiento de sus moléculas.
/. E"$r( l re$$(0' qu%($: HCl + NH4OH → NH4Cl + H2O
2. ¿Lo" re"ult!o" e"t-' !e $uer!o $o' l teor* ¿Por qué*
(i, estrictamente 'a"lando, la )elocidad dependerá del peso molecular de cada gas, siendo el más pesado el más lento por inferencia.
3. ¿4ué ," "e !(5u'!e %-" r-&(!o* ¿Por qué*
(e difunde más rápido el N6/ 7/3,8%ol9 ya $ue de la ley de Gra'am podemos decir $ue la )elocidad de los gases es in)ersamente proporcional a sus pesos moleculares.>=&l?2/.@ . Do" ,loo" !el %("%o %ter(l ) t%;o e"t-' lle'o" !e <(!r0,e'o ) o=,e'o l %("% te%&ertur ) &re"(0'. El o=,e'o e"$& 3 %L8<. ¿$o' qué r&(!e e"$&r el <(!r0,e'o*
(C%+KC5+* (+K=+* M0.> (9>KN* (+K=+* M0.> N +90 mLK" >. ¿Cu-l e" el %-" r-&(!o* To!o" e"t-' e' l" %("%" $o'!($(o'e".
a@ "@ c@ d@
&-1 >M ? -66@ &2= >M? 66@ <41 >M? 20@ &=6 >M ? -/@ Más rápido
?. Or!e'r e' 5or% $re$(e'te e' 5u'$(0' l t(e%&o que tr!r' e' !(5u'!(r"e tr@é" !e u' or(5($(o o $o'!($(o'e" "(%(lre":
-0m! de &4&l 1 00 m! de =1 27 m! de &4 1 COCl+B CO+B 6+
. ¿Cu-l e" l %" %olr !e u' $o%&ue"to que tr! +> @e$e" %-" t(e%&o e' e5u'!(r tr@é" !e u' t&0' &oro"o que l %("% $'t(!! !e eF+ l %("% te%&ertur ) &re"(0'*
*? * *BeF1 ? 2.7 * BeF1 >M ? -/C.1C gmol@ *2.7* ? >-/C.1CB@ 0. B ? 12-7.// gmol
1.
2 Ee%&lo" !e !(5u"(0' e' l @(! $ot(!('
•
El olor de la colonia o la le#ía que se e:pande por el aire.
•
En los alveolos pulmonares el paso del o:ígeno a la sangre.
•
•
El o:ígeno disuelto en el agua para que puedan respirar los peces. El %+ de los autos en aire.
&onclusiones y recomendaciones La difusión de gases es un proceso que se realiza a diario en cualquier lugar. La de de$nimos como la tendencia de cualquier sustancia <3ecar y tener limpio el tu!o de difusión antes y después de cada e:perimento. <ener la seguridad de ec"ar las > gotas pedidas. <apar con fuerza los dos agu#eros después de "a!er agregado las gotas. <ener una persona q sólo se dedique a anotar los tiempos y las medidas respectivas. Los procesos termodinámicos son los responsa!les $nales de todos los movimiento dentro de la atmósfera. Para la mayoría de las situaciones se puede asumir que el aire se comporta como un gas ideal y por tanto o!edece la ley de los gases ideales. La ley de los gases ideales puede e:presarse de diversas formas. La primera ley de la termodinámica esta!lece que la energía a7adida a o eliminada de un sistema se utiliza para realizar un tra!a#o en o por el sistema y para aumentar o disminuir la energía interna (temperatura* del sistema.
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