Fundamentos de Fisicoquímica: Propiedades, Gases y Diagramas de Fase

Fisicoquímica: Conceptos Fundamentales

La fisicoquímica es la rama de la química que estudia la materia empleando conceptos físicos.

Propiedades de la Materia

• Propiedades Intensivas: No dependen de la cantidad de masa. Ejemplos: temperatura (T), presión (P), densidad (ρ).
• Propiedades Extensivas: Sí dependen de la cantidad de masa. Ejemplos: volumen (V), peso (W), masa (m).

Conceptos Clave

• Masa: Cantidad de materia que contiene una sustancia.
• Peso: Fuerza con la que un cuerpo es atraído hacia el centro de la Tierra.
• Densidad: Relación entre la masa y el volumen que ocupa.
• Peso Específico: Peso de la unidad de volumen de una sustancia.
• Volumen Específico: Volumen ocupado por una unidad de masa del gas.
• Densidad Relativa: Relación de la densidad del gas a la densidad del aire seco; es un número adimensional, dada por la relación de la masa de un volumen: ρg/ρaire.
• Masa o Peso Molecular: Suma de las masas atómicas de los elementos que forman la molécula.
• Presión: Fuerza aplicada sobre unidad de área.

Comportamiento de los Gases

• Ley de Boyle: A temperatura constante (T = cte), el volumen de un gas ideal es inversamente proporcional a la presión.
• Ley de Charles: A presión constante (P = cte), el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura.
• Ley de Avogadro: Establece que bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, el volumen de todos los gases ideales contiene el mismo número de moléculas (Vma = Vmb). A una presión y temperatura dadas, el peso molecular de cualquier gas ideal ocupa el mismo volumen que un peso molecular de cualquier otro gas ideal.
• Gas Puro: Gas ideal a 1 atm de presión total.
• Ley de Dalton: Establece que la presión ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de la presión parcial ejercida por cada uno de sus componentes.
• Ley de Amagat: El volumen total ocupado por una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes que ocupan sus componentes.
• Fracción Volumétrica: Vj/V.
• Fracción Peso: Mj/m.
• Factor de Compresibilidad (Z): Relación del volumen real ocupado por n-moles en condiciones dadas de presión y temperatura respecto al volumen ideal ocupado. Gas ideal = 1, gas real = Z. Z < 1 a bajas presiones, Vreal < Videal.

Ecuación de Estado

Derivación de la ecuación de estado.

Diagramas de Fase

Fase: Cualquier parte de un sistema que contiene una sustancia homogénea que físicamente es distinta y que está separada por superficies fronterizas de otras partes del sistema. El cambio que existe entre las fases se llama comportamiento de fase y describe las condiciones de temperatura y presión para las cuales pueden existir las diferentes fases.

Diagrama de Fase: Gráficos o diagramas que presentan las condiciones bajo las cuales se pueden presentar las diferentes fases de una sustancia.

Punto Crítico (PC): Es el estado de condición de presión y temperatura para el cual las propiedades intensivas de la fase líquida y gaseosa son idénticas.

LDR (Ley de los Diámetros Rectilíneos): Establece que el promedio aritmético de las densidades de la fase vapor y líquido es una función lineal de la temperatura.