El documento explica las propiedades de las sustancias puras, incluyendo que son homogéneas e invariantes y pueden presentarse en distintas fases como sólido, líquido y gas. También discute el equilibrio de fases en una sustancia pura usando el ejemplo del agua, y las ecuaciones de estado y superficies termodinámicas que describen las relaciones entre la presión, volumen y temperatura.
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Sustancia pura
1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
AMPLIACION GUARENAS
MECANICA
SUSTANCIA PURA
Autor:
Profesora: Jonathan Romero
Ranielina Rondón
CI: 25.236.651
Guarenas, Diciembre del 2016
2. INTRODUCION
La sustancia pura es una sustancia que tiene como composición
química homogénea e invariante por ejemplo el agua, el nitrógeno, el
oxígeno, el amoníaco y entre otros. En la sustancia pura pueden
presentarse en distintas fases como sólido, líquido y gaseosa.
Dependiendo de los valores de presión y temperatura de una sustancia
que puede estar como sólido, líquido o vapor o presentarse en dos o tres
fases a la vez. La sustancia pura tiene ecuaciones de estado para la
fase de vapor donde se aplica las leyes de Boyle y la de Gay-Lussac o
Charles.
3. Sustancia pura
Es un tipo de materia que está formada por átomos o moléculas
donde todas son iguales. A su vez estas se clasifican en sustancias
puras simples y compuestos químicos.
4. Equilibrio de fases; vapor líquido solido en una sustancia pura
Es un sistema formado por 1 Kg. de agua contenido en un conjunto
de cilindro-pistón. Suponga que el pistón y el peso mantienen una
presión de 0.1 M en el cilindro y que la temperatura inicial es de 20 °C. A
medida que se transfiere calor al agua la temperatura se eleva un poco,
el volumen específico aumenta ligeramente y la presión se mantiene
constante. Cuando la temperatura llega a 99,6 °C, una transferencia
adicional de calor provoca un cambio de fase, algo del líquido se
transforma en vapor durante este proceso tanto la temperatura como la
presión permanecen constantes pero el volumen especifico se
incrementa considerablemente. Cuando se ha evaporado la última gota
de líquido, una transferencia de calor adicional ocasiona un incremento
en la temperatura y el volumen especifico del vapor. El termino
temperatura de saturación o temperatura de ebullición designa la
temperatura a la cual se lleva a cabo la evaporación a una presión dada.
Esta presión se llama presión de saturación para la temperatura dada.
5. Propiedades independientes de una sustancia pura
En una sustancia pura que tiene una composición química fija en
cualquier parte se le llama sustancia pura, como por ejemplo el agua,
nitrógeno y el hielo.
En una sustancia pura no debe de estar conformada por un solo
elemento o compuesto químico. También encontramos tres principales
fases que son líquidos, solido, gaseoso donde se pueden observar otras
fases dentro de ellas que son:
Líquido comprimido: El agua que existen en fase liquida y se le
denomina “liquido comprimido”, lo cual significa que no está apunto de
evaporarse.
Liquido saturado: Es un líquido que está apunto de evaporarse se
llama “liquido saturado”, tenemos que tomar en cuenta que aún no existe
una porción de vapor ya que en esta fase es cuando está a punto de
comenzar a crearse el vapor
Vapor húmedo: Es cuando nos referimos a vapor húmedo en el
momento que consideramos cierto porcentaje de vapor en una mezcla
(liquido-vapor) y suele denotarse con una X la cual se conoce como
calidad.
Vapor saturado: Es un vapor que está en el punto en que se va a
condensar, esta fase hace que la sustancia este completa como vapor y
es necesario retirar el calor.
6. Ecuaciones de estado para la fase de vapor
Es la ecuación para el gas ideal, que proviene de la combinación de
dos leyes: la ley de Boyle y la de Gay-Lussac o Charles. La expresión de
esta ecuación es:
P V= n R T
Esta ecuación conduce a relaciones del gas ideal. Como por ejemplo
a 0º K de temperatura y presión constante, el volumen es cero, así
mismo, el volumen tiende a cero cuando la presión se hace infinitamente
grande. Estas predicciones no corresponden al comportamiento
observado de los gases reales a temperatura bajas y altas presiones.
En la práctica de esta ecuación se puede utilizar como una
aproximación (error del 5%). En esta ecuación es más precisa cuando la
temperatura está sobre la temperatura crítica y la presión bajo la presión
crítica.
Para exponer las desviaciones entre un fluido ideal y el real, se ha
definido el factor de compresibilidad Z, dado por la siguiente expresión:
Z= P V/ R T = V/ Vid
Para gas ideal Z=1 y es independiente de la temperatura y presión,
para gases reales Z es función de la temperatura y presión y puede
tomar valores entre 0 o infinito.
Donde aplicamos las condiciones críticas (Pc, Tc y Vc) al factor de
compresibilidad Z, se obtiene el factor de compresibilidad crítico, el cual
está definido por la siguiente expresión:
Zc = Pc Vc/ R Tc
7. Superficie termodinámica
Es un estado termodinámico queda definido por dos propiedades
termodinámicas intensivas e independientes, las cuales tienen como
propiedades termodinámicas que son más fáciles de establecer por
medición directa como la presión, la temperatura y el volumen. Si se
obtienen estos datos, los podemos relacionar en un diagrama
tridimensional (P, v, T).
El cual genera una superficie a la que se conoce como Superficie
Termodinámica. Las superficies termodinámicas son una relación entre
presión (P), volumen (v) y temperatura (T), que nos genera una
superficie en la cual se puede distinguir las distintas fases de la materia
y los procesos con cambio de fase.
Donde se pueden distinguir claramente la fase sólida, sólido-líquido,
líquido, líquido-vapor (zona de vapor húmedo), gas y sólido-vapor (zona
de sublimación), además se aprecia la línea triple (coexisten los 3
estados) y el punto crítico (k). Para obtener una superficie
termodinámica debemos suministrar energía a nuestra sustancia de
trabajo para observar como varían sus propiedades dándonos así una
curva en un diagrama bidimensional (P-v, P-T), y una superficie en un
diagrama tridimensional (P, v, T) o superficie termodinámica.
8. CONCLUSION
En este trabajo podemos observar como tema principal la sustancia
pura que está formado por moléculas o átomos que son iguales donde
se pueden clasificar por sustancias puras simples y compuestos
químicos. También encontramos equilibrio de fases en vapor líquido o
solido en una sustancia pura que es un sistema con contenido de agua
en un cilindro-pistón, donde se mantiene el peso y la temperatura que se
transfiere a calor cuando la temperatura del agua se evapora, y se
transfiere a calor adicional por el incremento de la temperatura y el
volumen especifico del vapor. Otros temas son las propiedades
independientes de una sustancia pura, ecuaciones de estado para la
fase vapor y la superficie termodinámica.
