Clase digital 2. Gases reales-factor de compresibilidad

Gases reales-factor de compresibilidad

Presentación del tema

Me da mucho gusto que sigas interesado en aprender sobre el comportamiento de los gases, sobre como es posible llevar a cabo cálculos de las diferentes variables presión, temperatura y volumen. En la clase anterior se observó que la ley general de los gases ideales no distingue entre distintas sustancias, es decir, la predicción de una variable termodinámica en función de otras dos variables termodinámicas será la misma si el caso de estudio es etanol, agua, amoniaco, etc. Lo cual no es 100 % correcto, ya que entre las moléculas existen interacciones (fuerzas de atracción y repulsión) que pueden generar un cambio significativo en sus interacciones. Pero entonces surge la pregunta ¿cómo es posible determinar el comportamiento de los diferentes gases que existen? ¿cómo es posible distinguir entre dos moléculas diferentes a través de una ecuación matemática? ¿será posible?

Estas respuestas las encontrarás al desarrollar esta clase digital en la cual te mostrará nuevos términos y modos de poder predecir el comportamiento real de los gases…que interesante se pone esto 😊.

Objetivo didáctico de la clase

Conocer y comprender los conceptos básicos, definiciones y suposiciones para calcular variables termodinámicas en sistemas de gases reales.

Contenido didáctico

A continuación, se presenta el contenido didáctico de acceso abierto o institucional para profundizar en el tema.

Material didáctico complementario

Resumen e ideas relevantes de la clase digital

A continuación, te invito a que te hagas estas preguntas y reflexiones sobre el tema que se ha desarrollado.

• ¿cómo defines un estado de agregación de la materia?
• ¿cuáles son los estados de la materia principales?
• ¿cómo se puede transformar la materia de un estado de agregación a otro?

Recordemos que los estados de agregación de la materia definen las fuerzas de cohesión que hay entre las moléculas, debido al contenido energético contenido en la materia, debemos recordar que esta cantidad de energía depende de cada tipo de materia, que en ocasiones podemos medirla a través de la temperatura, por ejemplo, el cambio del estado líquido al gaseoso del alcohol etílico se da a una menor temperatura que la del agua. Los estados de la materia son sólidos líquido y gaseoso en el cual cada uno de ellos se diferencian por el tipo de movimiento que tienen la materia, sus fuerzas de atracción, la forma que tienen, etc.

La transformación de un estado a otro se da debido a la absorción o desprendimiento de energía por parte de la materia, por ejemplo, el cambio de fase de un líquido a gas se da cuando la materia recibe energía de una fuente de energía la cual es absorbida por la materia, por lo cual, las partículas empiezan a moverse más rápido hasta llegar a un punto en el cual se lleva a cabo el cambio de fase, sí, estamos hablando de la vaporización. En el caso del cambio de fase de un líquido a un sólido, este se da cuando un sumidero de energía exterior absorbe energía de la materia hasta el punto que le quita tanta energía que las moléculas se juntan y al no tener energía ya no pueden moverse con facilidad (lo mismo que nos pasa cuando corremos 25 km se nos acaba la energía y no queremos movernos al final), esto genera que las partículas tengan un acomodo característico formando la fase sólida.

Esta sesión fue de gran relevancia, ya que fue posible conocer y comprender las diferentes leyes de los gases, además de poner finalmente comprender que, al combinarse, estas permiten obtener la ley general de los gases ideales, la cual predice una variable termodinámica en función de otras dos, por ejemplo,

• es posible conocer la presión (P) de un gas si se conoce el volumen (V) y temperatura (T) de una cierta cantidad de gas conocida
• de igual forma, es posible llevar cabo el cálculo de la temperatura en función del volumen y la presión para una cantidad de sustancia,
• un último escenario en el cálculo del volumen en función de la presión y la temperatura

Los tres casos anteriores se pueden clasificar como la definición de un estado termodinámico, es decir, conocer todas las variables termodinámicas del sistema. Cuando se emplea la ley general de los gases, esta puede ser aplicada para cualquier sustancia sin distinción entre estas, es decir, la ecuación “no sabe” cuál es la sustancia del sistema bajo estudio.

Los gases pueden sufrir cambios por tener algún tipo de interacción con sus alrededores, por ejemplo, podríamos tener un globo inflado inicialmente con valores iniciales de las variables P1V1T1 en el aire, si este globo lo metemos al congelador, este sufrirá un cambio ¿qué crees que sucederá? ¿cuáles variables sufrirán un cambio?…piénsalo..sí, la temperatura del gas dentro del globo disminuye y también el volumen, esto corresponde a lo que describe la ley de Charles, pero también es posible calcular los cambios empleando la ley general de los gases ideales. Cuando se lleva a cabo el cálculo de variables termodinámica de un estado final (estado 2) en función de una condición inicial (estado 1), se conoce como el cálculo de un cambio de estado termodinámico. Inténtalo en casa y trata de aplicar la ecuación general de los gases, te paso un tip, el número de moles no cambia en cuando el gas pasa de un estado inicial a uno final, porque no hay salida de aire, a eso se le conoce como sistema cerrado.

Si lo analizas cuidadosamente, puedes ver que a través de una ecuación tan sencilla es posible definir un estado termodinámico y calcular un cambio de estado termodinámico… que interesante ¿no?, pero que tú también estés tan entusiasmado como me pasó a mi cuando me di cuenta el alcance…y sabes, aún hay más… porque no todos los gases se comportan de la misma manera, pero eso es lo veremos en la siguiente clase.