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INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA QUIMICA I. OBJETIVOS GENERALES: 1. Determinar efectos térmicos y estudiar el comportamiento de los fluidos en relación con las variables P-V-T. 2. Analizar los diferentes equilibrios de fases e interpretar los diagramas de equilibrio. 3. Determinar composiciones de equilibrio y desarrollar técnicas de balance de materia y energía.

UNIDAD I. INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA QUIMICA Y BALANCE DE MATERIA

I. OBJETIVO ESPECÍFICO: Estudiar el comportamiento P-V-T de los fluidos y ciertos efectos caloríficos, lo que permitirá la aplicación de la primera Ley de la termodinámica a problemas de ingeniería. II. CONTENIDOS 

Introducción a la Termodinámica en la Química



Revisión de conceptos fundamentales

III. ACTIVIDAD PREVIA Lea comprensivamente el siguiente texto: La Termodinámica química es una de las ciencias en la ingeniería que se encarga de estudiar las relaciones entre las diferentes propiedades de equilibrio de un sistema y los cambios en las propiedades de equilibrio en los procesos térmicos basándose en las Leyes de la termodinámica.

Una propiedad esencial en termodinámica es la temperatura, por lo que se define a veces como el estudio entre la temperatura y las propiedades macroscópicas de la materia. La termodinámica forma parte junto con la mecánica y el electromagnetismo, el conjunto de leyes básicas de la física. Las aplicaciones en las ramas de la ciencia y la ingeniería están dadas en la determinación de requerimientos de calor y trabajo para procesos físicos y químicos, así como la determinación de las condiciones de equilibrio para reacciones químicas en la cinética química y para la transferencia y separación de especies químicos entre fases, por ejemplo en la destilación fraccionada. A continuación es importante recordar las diferentes propiedades físicas de la materia puesto que en todo el proceso se interrelacionaran los mismos. Existen propiedades termodinámicas intensivas y extensivas. Propiedades intensivas: Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia en el sistema y son: la densidad, el volumen específico, la presión, la temperatura, la viscosidad, tensión superficial, índice de refractometría. Propiedades extensivas, son aquellas cuyo valor es igual a la suma de sus valores en las partes del sistema y son: masa y volumen. El volumen (V) es una propiedad característica del sistema. Sus unidades son: m3, pie3, l, gln, cm3, etc. La presión (P) es otra variable termodinámica que se define como la magnitud de la fuerza normal por unidad de área, ejercida por el sistema sobre su medio ambiente. P=F/A y está dado en: N/m2, lbf, Pa, etc. La densidad (δ) de una fase de masa m y volumen v, es: δ = m/v sus unidades son: g/cm3, kg/m3, lb/pie3, etc.

Peso especifico Relativo (p.e.r.) o (DR): es el cociente entre la densidad de la sustancia y la densidad de referencia en condiciones específicas, la densidad relativa es equivalente al peso específico relativo. p.e.r. = δ sust / δagua (T ref) Temperatura (Definición de Maxwell: La temperatura de un cuerpo es una medida de su estado térmico considerado como su capacidad para transferir calor a otros cuerpos. Las medidas están basadas: dos en un escala relativa (grados Celsius y Fahrenheit) y dos basadas en la escala absoluta (kelvin y grados Rankine) Para realizar las conversiones debemos tener en cuenta que °C, K,°F,°R son símbolos de grados de temperatura; y la diferencia de temperaturas °C,°F,K,°R, está definida en un intervalo de temperaturas, que es necesario considerar en las transformaciones según el contexto de problema. Las ecuaciones de conversión son: °C = K

°F =°R

°C=1.8°F

K=1.8°R

 1 R  T°R= T°F   + 460  1 F   1K  TK= T°C   + 273  1C   1 .8   F  T°F –32 = T°C    1 C 

Al realizar un balance de materia y de energía además de medir la presión y temperatura se miden la composición másica o molar, para realizar estos cálculos debemos recordar: Numero de moles (n): es el cociente de la masa de una sustancia entre la masa molar o peso molecular, n= m/M

Donde: n= n° de moles m= masa M= masa molar o peso molecular. A partir de esta ecuación se podrán hacer las transformaciones correspondientes. Composición másica Xa, es el cociente entre la masa parcial del componente a y la masa total de la mezcla. Xa = ma/mt Composición molar Ya, es el cociente entre los moles del componente y los moles totales de la mezcla. Ya = na/nt Problemas de aplicación en clase. 1. La densidad del benceno a 60ºF es de 0,879 g/cm3 ¿Cuál es el peso específico relativo el benceno a 60ºF/60ªF? 2. Usted debe decidir que tamaño de recipientes usará para transportar 1000 lb de aceite de semilla de algodón con un peso específico relativo de 0,926 ¿Cuál sería el tamaño mínimo de los tambores, expresado en galones? 3. Cinco mil barriles de gasóleo de 28ºAPI ¿Cuál es la densidad de la mezcla en lb/gal y en lb/ft3? Suponga que los volúmenes son aditivos. 1 bbl = 42 gal. La densidad del agua a 60ºF = 0,99g/cm3. 4. El análisis del gas de un tanque que contienen 100 kg de gas a presión atmosférica dá lo siguiente: CO2: 19.3%, N2: 72,1%, O2: 6,5%, H2O:2,1%. ¿Cuál es el peso molecular medio del gas? 5. Una planta fabrica CO2 liquido tratando piedra caliza dolomítica con ácido sulfúrico comercial. El análisis de la dolomita es el siguiente: 68% CaCO3, 30% MgCO3 y 2% SiO2; el ácido es 94% H2SO4 y el resto H2O. Calcule: a) Las libras de CO2 producidas por tonelada de dolomita tratada. b) Las libras de ácido comercial requeridas por tonelada de dolomita tratada. Suponga que las reacciones son completas