SEMINARIO N° 6 PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA Z ...

Fisicoquímica CIBEX Guía de Seminarios 2010
(a) Expansión adiabática de un gas ideal. Calcule la presión final cuando una muestra de Ar (γ = 5/3)
inicialmente a 298 K y 10 atm se expande reversible y adiabáticamente al doble de su volumen. Compare
con una expansión isotérmica en las mismas condiciones. De ser necesario, recurra al principio de
equipartición para evaluar Cv (b) Si esta muestra parte de las mismas condiciones iniciales que en el inciso
anterior, y se expande adiabáticamente contra una presión externa de 0,1 atm entre los mismos límites de
volumen, calcule la temperatura final y compárela con la del inciso anterior (c) Ubique comparativamente
en un diagrama presión-volumen los estados iniciales y finales de los procesos analizados en los incisos
previos. Analice el resultado.
APLICACIONES DEL PRIMER PRINCIPIO. ENTALPÍA. CAPACIDAD CALORÍFICA.
Entalpía. La función entalpía se define como H=U + pV. Es una función auxiliar en el marco del primer
principio que es importante para evaluar cambios energéticos en procesos a presión constante para
sistemas en los cuáles el único trabajo presente es el de expansión. Cuando w*=0, el calor absorbido en un
proceso a presión constante mide el aumento de la función entalpía. La entalpía es una propiedad
extensiva.
PROBLEMA 8:
(a) Calcule el aumento de la función entalpía cuando 1 mol de un gas ideal se expande contra una
presión externa constante de 0,1 atm, desde una condición de 10 atm hasta 1 atm a 300 K.
(b) Calcule el aumento de la función entalpía cuando 1 mol de un gas de esferas duras (b=0,050 L.mol -1 ) se
expande entre 1 L y 10 L en un proceso isotérmico a 300K.
(c) Calcule el aumento de la función entalpía cuando 1 mol del gas de esferas duras monoatómico se
expande desde un estado inicial de 300 K y 5 L hasta un estado final de 250 K y 10 L. La capacidad
calorífica puede evaluarse a partir del principio de equipartición de la energía.
(d) Un sistema se somete a dos procesos diferentes, ambos a presión constante y entre los mismos límites. En
uno de ellos q=-100 kJ y en el otro q=-60 kJ. Además, se sabe que uno de los procesos es reversible y el otro
irreversible. Discuta cómo asignar estos calores a cada proceso. Justifique claramente.
PROBLEMA 9:
(a) La diferencia entre Cp y Cv está dada por la relación Cp-Cv = [ P + (∂U/∂V)T]( ∂V/∂T)P. Sobre la base de
esta ecuación calcule el coeficiente (∂U/∂V)T para Cu(s), sabiendo que Cp-Cv = 0,159 cal.K -1 .mol -1 a 1 atm y
25°C, α=4,96 10 -6 K -1 y ρ=8,93 g/cm 3 . Recuerde que 1 cal=4,184 J.
(b) A partir de la relación general del inciso previo calcule la diferencia Cp-Cv para
(i) Un gas ideal, indicando claramente su significado; (ii) Un gas de esferas duras; (iii) Un gas de van der
Waals a bajas presiones cuya ecuación de estado es pVm = RT + (b-a/RT). Analice cómo espera que sea la
diferencia Cp-Cv comparada con el valor obtenido para el gas ideal.
PRIMER PRINCIPIO. EJEMPLOS ADICIONALES
PROBLEMA 1:
Un mol de gas ideal se somete a un proceso reversible no especificado desde 0°C y 1 atm. En este proceso,
el volumen del sistema se duplica, observándose un ∆H=500 cal/mol, mientras que el calor puesto en juego
es de 400 cal/mol. Calcule la temperatura final, el ∆U y el trabajo realizado por el sistema en este proceso.
PROBLEMA 2:
Un mol de un gas ideal se somete a una transformación
cíclica, como se indica en el siguiente diagrama p-V.
Calcule, empleando el menor número de relaciones
termodinámicas, (a) el trabajo y el calor neto en el ciclo
(b) el ∆H y ∆U entre C y A (c) el calor absorbido al
pasar de A a C por el camino A-B-C (d) idem A-D-C.
Observe que ∆H no coincide con los valores de los
calores calculados en los incisos (c) y (d) a pesar de
que la presión inicial y final es la misma. Justifique.
P/atm
3
2
1
A
B
D
C
1 2 3 V/l.mol -1
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