UNIVERSIDAD NACIONALJOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION

FACULTAD DE INGENERIA QUIMICA Y METALURGICAESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE ING. METALURGICA

MONOGRAFIA

SUSTANCIAS PURAS

ALUMNO:Flores cervantes, Flor Elisa

DOCENTE:

Ing. Ronald Rodrguez EspinozaINGENIERO QUMICO Registro C.I.P. N 95579

HUACHO - PER Universidad Nacional Jos Faustino Snchez Carrin Termodinmica para Ingenieros

2014

Dedicatoria

Este trabajo monogrfico est dedicado en primer lugar a un amigo muyespecial que es mi Dios con el hago todo y esta con migo en las buenas y en las malas, a quien agradezco mucho ya que alguna forma siempre me dio las fuerzas necesarias para poder seguir adelante a pesar de los obstculos que pude tener en el camino.Y tambin a Omar ngelo Flores Cervantes por el gran apoyo que me da todos los das.Tambin agradecer a mis padres por apoyarme en cada decisin que he tomado. Y brindarme la confianza necesaria asa mi persona.

Agradecimientos

A la Facultad de Ingeniera metalrgica, que es la casa que me ve progresar profesionalmente, que a travs de su plana docente me dieron una buena formacin profesional.

Resumen

Una sustancia pura est formada por partculas (ya sean tomos o molculas) iguales, es un material homogneo que siempre tiene la misma composicin fija e invariable y sus propiedades fsicas y qumicas no cambian.Sustancia pura, sustancia simple compresible, sistema simple compresible, cambios de fase de una sustancia pura, fases en equilibrio. Estado de lquido saturado, vapor saturado, mezcla L+V

No necesariamente tiene que estar compuesta por un solo componente, puede estarlo por varios compuestos qumicos.Es una sustancia formada por un solo constituyente.Las sustancias puras se caracterizan porque tienen una composicin qumica constante y es la misma en todas sus fases.

INDICE

Dedicatoria.. iAgradecimientoiiResumen......iiiSUSTANCIAS PURAS...5I. Sustancias puras ( Definicin )5II. Propiedades intensivas y extensivas.52.1 Propiedades Intensivas52.2 propiedades extensivas5III. Diagrama de Fases de una sustancia pura .6a. liquido...6b. solido7c. critico 8d. gaseoso8IV. El comportamiento P-V-T de las Sustancias Puras...94.1 procesos simples...94.2 Superficie P-V-T.94.3 Vaporizacin Isobara de una Sustancia Pura..104.4 Fusin Isobara de una Sustancia Pura ..11V. Regla de faces de Gibbs.13VI. Efectos Calorficos que acompaan a los cambios de Fase de Sustancias Puras14VII. CONCLUCION16VIII. Anexo..17

SUSTANCIAS PURASI. Sustancia puras Una sustancia pura est formada por partculas (ya sean tomos o molculas) iguales, es un material homogneo que siempre tiene la misma composicin fija e invariable y sus propiedades fsicas y qumicas no cambian. (Anonimo, 2011)Sustancia pura, sustancia simple compresible, sistema simple compresible, cambios de fase de una sustancia pura, fases en equilibrio. Estado de lquido saturado, vapor saturado, mezcla L+V. (Linares)II. Propiedades intensivas y extensivas

2.1 Propiedades IntensivasSon aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamao de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas. (Rolle)

2.2 propiedades extensivas

Son aquellas ques dependende la cantidad de sustancia o del tamao de un cuerpo, son magnitudes cuyo valor es proporcional al tamao del sistema que describe. Estas magnitudes pueden ser expresadas como la suma de las magnitudes de un conjunto de subsistemas que formen el sistema original.Muchas magnitudes extensivas, como elvolumen, la cantidad decaloro elpeso, pueden convertirse en intensivas dividindolas por lacantidad de sustancia, lamasao el volumen de la muestra; resultando en valorespor unidadde sustancia, de masa, o de volumen respectivamente; como lo son elvolumen molar, elcalor especficoo elpeso especfico. (Rolle)

III. Diagrama de Fases de una sustancia pura

El diagrama de fases se construye a partir de ensayos termomecnicos; el anlisis trmico tpico consiste en suministrar energa a la muestra de sustancia a ensayar, a un ritmo conocido (e.g. mediante una resistencia elctrica), y ver cmo vara su temperatura y otras propiedades trmicas, en general a presin constante (si se trata de gases, en un bao hidrosttico).

Figura N 1: Diagrama de fases (p-T), y diagrama p-v-T Fuente: http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/bk3/c06/Capitulo%205.pdf

a. Estado solido

El estado slido tiende a mantener la forma cuando se aplican pequeas fuerzas durante tiempos razonables. Todas las sustancias a temperaturas muy bajas son siempre slidas (slo parece que hay una excepcin: el helio cuntico). Adems, si el estado slido fuese de equilibrio perfecto, la estructura del slido sera monocristalina (por el segundo principio), aunque en la realidad slo aparecen en la naturaleza estructuras policristalinas de distinto tamao de grano (de regin monocristalina) formadas en procesos geolgicos lentos (casi todos los metales y algunos cermicos), y slidos amorfos (la mayora de los cermicos y prcticamente todos los polmeros). (Anonimo, ClubEnsayos, s.f.)

b. Estado liquido

El estado lquido tiende a mantener su volumen al aplicarle pequeas fuerzas, aunque fluya. El estado lquido es algo excepcional en la naturaleza, donde casi todo el universo es un gas enrarecido (espacio interestelar), con algunos cuerpos slidos, o gaseosos muy comprimidos por la gravedad (estrellas y dems astros). El estado slido cristalino y el estado gaseoso son fcilmente modelizables (orden total y desorden total, respectivamente), pero el estado lquido es difcil de explicar. (Anonimo, ClubEnsayos, s.f.

Figura N 2: Diagrama de fases del agua (H2O). Ntese la gran diferencia de aspecto que aparece al usar escala logartmica para la presin.Fuente: http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/bk3/c06/Capitulo%205.pdf

c. Estado Critico

Los experimentos en el punto crtico son muy difciles ya que: 1) por ser cp=, el equilibrio trmico tarda mucho en alcanzarse (hay que trabajar con saltos inferiores al milikelvin), 2) por ser = las pequeas fluctuaciones trmicas producen grandes fluctuaciones de densidad (la luz se dispersa), 3) por ser = el campo gravitatorio mantiene el sistema muy estratificado (y la velocidad del sonido tiende a cero, por lo que el sistema no puede homogeneizarse); adems, la viscosidad y la conductividad trmica tienden Tambin a infinito. (Anonimo, ClubEnsayos, s.f.)

d. Estado Gaseoso

El estado gaseoso tiende a ocupar todo el volumen disponible, sin interfaces, pero con densidad dependiente del campo de fuerzas existente (por eso los astros pueden retener atmsferas gaseosas). El estado gaseoso es el ms comn en el universo, mayoritariamente compuesto de tomos y pequeas molculas en expansin libre. El campo gravitatorio en la Tierra es suficiente para retener la atmsfera que conocemos, pero el de la Luna no ha sido suficiente. (Anonimo, ClubEnsayos, s.f.)

Figura N 3: Diagrama esquemtico de las fases de una sustancia pura, y diagramas a escala (lineal y logartmica en ordenadas), observndose la gran diferencia de aspecto (se han superpuesto tres sustancias, CH4, CO2 y H2O, para apreciar mejor las similitudes y diferencias). Fuente: http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/bk3/c06/Capitulo%205.pdf

IV. El comportamiento P-V-T de las Sustancias Puras

4.1 procesos simples

En este apartado haremos una descripcin de la superficie presin-volumen-temperatura de un sistema simple compresible (una sustancia pura). La topologa de la superficie P-V-T se obtiene a partir del estudio de procesos simples, segn los tres ejes coordenados: procesos isobaros, isocoras e isotermos. En estos procesos se puede adems medir cmo varan U H.

Las propiedades termodinmicas, como la energa interna y la entalpia con las que se calculan el calor y el trabajo requerido por los procesos industriales, nose pueden medir directamente, pero se pueden calcular mdiate datos volumtricos. Los fluidos homogneos generalmente se dividen en dos clases: lquido y gases.Sin embargo, la distincin no siempre es definitiva porque las dos fases pueden confundirse en el llamado PUNTO CRITICO. (Dugan)

4.2 Superficie P-V-T

Cualquier ecuacin que tenga dos variables independientes de la forma Z = f(X, Y) se puede representar como una superficie. Por tanto es posible representar el comportamiento P v T de una sustancia como una superficie en el espacio. Todos los puntos sobre la superficie representan la totalidad de los estados a lo largo de la trayectoria de un proceso de cuasiequilibrio.Estos superficies presentan gran cantidad de informacin pero es ms conveniente trabaja Con diagramas P v, T v, P

Figura N 4: Diagrama PT mostrando la curva de presin vapor para una sustancia pura y las lneas de volumen constante en las regiones de una sola Fuente:http://1.bp.blogspot.com/_IVHAyb82cnQ/Sildo4BeLMI/AAAAAAAAACw/gT5fFtKpbYg/s320/diagrama3.JP

4.3 Vaporizacin Isobara de una Sustancia Pura

Durante el proceso de vaporizacin o evaporacin o ebullicin, la temperatura se mantiene constante: por la regla de las fases de Gibbs como hay dos fases (F = 2) en equilibrio en una sustancia pura (C = 1), slo hay un grado de libertad (L = 1), que es precisamente la presin del sistema, controlada desde el exterior: por tanto, la presin de vaporizacin es funcin de la temperatura.El inicio de la vaporizacin se denomina lquido saturado, y se denota como f. El final, vapor saturado, denominado g. Entre esos dos estados se produce la vaporizacin: el fluido est formado por dos fases, vapor y lquido; se denomina vapor hmedo. El lquido con temperatura menor que la de vaporizacin es un lquido subenfriado; el vapor con temperatura mayor que la de vaporizacin es un vapor sobrecalentado.

Figura N5: Proceso isobaro de calentamiento de un lquido. En el intervalo en el que hay dos fases, la temperatura se mantiene constante. Por tanto, hay dos discontinuidades en la pendiente, que coinciden con el inicio y el final del cambio de fase.Fuente: http://www.tecnun.es/asignaturas/termo/Temas/Tema03-SusPura.pdf

4.4 Fusin Isobara de una Sustancia Pura

El paso de slido a lquido es semejante al paso de lquido a vapor: se habla tambin de estados de saturacin, y a cada presin existe una temperatura para este cambio de fase. Sin embargo, hay poca diferencia entre el volumen especfico (o la densidad) del slido y la del lquido.

Figura N 6: Proceso isobaro de fusin, para una sustancia que dilata al fundirse (lo Normal) o que contrae al fundirse (caso del agua)Fuente: http://www.tecnun.es/asignaturas/termo/Temas/Tema03-SusPura.pdfGeneralmente, s > f (vs < vf); sin embargo, hay una notable excepcin, y es el agua: a 1 bar, la densidad del hielo a 0 C es s = 917 kg/m3; la del agua a 0C es f = 999,84 kg/m3; la densidad del agua tiene un valor mximo a 4 C (1000,00 kg/m3), y a partir de ah decrece al aumentar la temperatura; en el punto de ebullicin (100 C) es de 958,35 kg/m3.

Figura N 7: Densidad del hielo y del agua a presin atmosfrica, en funcin de la temperatura. Alrededor de 4 C existe un mximo de densidad. Fuente: http://www.tecnun.es/asignaturas/termo/Temas/Tema03-SusPura.pdf

V. Regla de faces de Gibbs

La construccin de diagramas de fase sigue las leyes de la Termodinmica. Una de esas leyes es la regla de las fases de Gibbs, que establece un criterio para definir el nmero de fases en equilibrio en un sistema:

P + F = C + N (1)Donde:P - nmero de fases en equilibrio,F - nmero de grados de libertad o variacinC - nmero de componentes, y N - nmero de variveis excepto las de composicin (normalmente presin y temperatura)

Todos los procesos naturales, involucran transferencia y transformacin de diferentes formas de energa y movimiento de materia, estableciendo nuevos estados de equilibrio ms estables. Un estado particular de equilibrio mineralgico est gobernado por la presin (P), la temperatura (T) y la composicin qumica (X) del sistema geolgico y es reflejado en la composicin mineralgica del cuerpo de roca. El campo de estudio de estos conceptos es la termodinmica, que toma su nombre de la energa trmica. La termodinmica se ocupa de las relaciones que rigen los cambios de un sistema.Se llamasistemaa una porcin del universo de la que se hace abstraccin. P.ej. una galaxia, un batolito, una falla, una colada, un volcn, una asociacin de cristales, una porcin de un cristal. Los petrlogos se refieren por ej. al sistema albita-anortita, en este sentido, significa todos los sistemas termodinmicos posibles, compuestos por mezclas de albita y anortita.Sistema aislado: se define as al que no cambia energa ni materia con el exterior.Sistema cerrado: es aquel que cambia energa con el exterior, pero no materia. Por ejemplo, la cristalizacin de un plutn. Los minerales cristalizan por prdida de temperatura y/o presin, pero los componentes qumicos se mantienen sin cambios.Sistema abierto: es el que intercambia energa y tambin materia con el exterior. Por ejemplo, el metasomatismo de contacto entre una caliza y un intrusivo cido (skarn de contacto); la asimilacin de roca de caja por un granito; la alteracin hidrotermal, etc.Laspartes del sistema: Un sistema est compuesto por los componentes y las fases.

VI. Efectos Calorficos que acompaan a los cambios de Fase de Sustancias Puras

Cuando una sustancia en estado slido se licua o bien se vaporiza desde un estado lquido, a presin constante, no hay cambio de temperatura, pero si una transferencia definida de calor de los alrededores de sustancia. A estos efectos calorficos se les llama comnmente calor latente de fusin y calor latente de vaporizacin.La caracterstica de todos estos procesos es la coexistencia de dos faces. De acuerdo con la regla de fases, un sistema consistente en dos fases de un solo componente qumico es invariable y su estado intensivo queda determinado ala especificarse una sola propiedad intensiva. Por lo tanto, el calor latente que acompaa a un cambio desfase es funcin tan solo dela temperatura y se relaciona con otras propiedades del sistema por una ecuacin termodinmica exacta:

Dnde: Para componentes puros a la temperatura T Calor latente Cambio de volumen que acompaa un cambio de fase Presion vapor

VII. CONCLUCION

En conclusin se puede decir se las sustancias puras son cambios de fase de una sustancia pura, fases en equilibrio.Estado de lquido saturado, vapor saturado, mezcla L+V. Temperatura y presin de saturacin, curva depresin de vapor, calidad, procesos de calentamiento a presin constante. Diagramas T-v, P-v, P-T. Domos de saturacin, lnea de lquidoComprimido y vapor sobrecalentado, isobaras, isotermas, punto crtico, isobara e isoterma crtica. Punto y lnea triple. Zona de lquido comprimido, vapor sobrecalentado.Postulado de estado, ecuaciones de estado, tablas termodinmicas, superficies termodinmicas.

No necesariamente tiene que estar compuesta por un solo componente, puede estarlo por varios compuestos qumicos.Es una sustancia formada por un solo constituyente.Las sustancias puras se caracterizan porque tienen una composicin qumica constante y es la misma en todas sus fases.

VIII. ANEXOS

Fuente: http://images.slideplayer.es/1/17817/slides/slide_4.jpg

Fuente: http://images.slideplayer.es/1/17817/slides/slide_4.jpg

Fuente: http://termofisc.files.wordpress.com/2013/12/hola91.jpg

Fuente: http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-65_2.gif