Ecuación de estado

 Una vez conocidas las características de nuestro sistema:
Ya se había especificado que el sistema es cerrado, por lo tanto no hay intercambio de la cantidad de materia a la que vamos a llamar "n"; al estar cerrada la lata no hay pérdida o ganancia de dicha cantidad de materia, por lo que decimos que es constante:
n= cte.
Además al tener paredes rígidas, no le permite modificar de manera apreciable su volumen, por lo que la variación del volumen "ΔV" es igual a 0

ΔV= 0

A partir de esto consideramos los gases que se encuentran dentro de la lata de refresco; dichos gases están bajo la influencia de la temperatura y de la presión.

Recordamos la ley de Gay-Lussac:

Esta ley muestra la clara relación entre la presión y la temperatura con el volumen lleva el nombre de quien la enuncio en el año 1800.

La ley expresa que al aumentar la temperatura, las moléculas del gas comienzan a moverse muy rápidamente aumentando su choque contra las paredes del recipiente que lo contiene.
Gay-Lussac descubrió que,no importa el momento del proceso el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor, o sea es constante.
La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:


Las temperaturas siempre deben ser expresadas en Kelvin para esta ley.
Conclusión: Al aumentar la temperatura aumenta la presión y al disminuir la temperatura disminuye la presión.
Si bien, los gases que se encuentran dentro de la lata no se comportan idealmente; la Ley de Gay-Lussac se cumple para gases reales en cierto grado en condiciones de presión y temperatura moderadas y bajas densidades del gas.   

 

 

Qué es una ecuación de estado?

ECUACIÓN DE ESTADO
Una ecuación de estado es una ecuación que relaciona, para un sistema en equilibrio termodinámico, las variables de estado que lo describen. Tiene la forma general:

No existe una única ecuación de estado que describa el comportamiento de todas las sustancias para todas las condiciones de presión y temperatura.
ECUACIÓN DE UN GAS IDEAL
La ecuación de estado más sencilla es aquella que describe el comportamiento de un gas cuando éste se encuentra a una presión baja y a una temperatura alta. En estas condiciones la densidad del gas es muy baja, por lo que pueden hacerse las siguientes aproximaciones:

• no hay interacciones entre las moléculas del gas,
• el volumen de las moléculas es nulo.

La ecuación de estado que describe un gas en estas condiciones se llama ecuación de estado de un gas ideal.

Descripción del sistema.

Considerando el sistema, se debe saber que:

El refresco es una mezcla  homogénea de una pequeña cantidad de gases y de los componentes antes mencionados en forma líquida(solución); sin embargo, ocurre una reacción en donde interviene gases; esta reacción es la del agua con el dióxido de carbono (agua carbonatada):

H2O + CO2 <---> H2CO3

H2CO3 <---> H+ + HCO3-

HCO3- <---> H+ + CO3=

Tomando como ejemplo el famoso refresco “Coca Cola”, se tiene que éste esta compuesto por una mezcla homogénea de:

·         Agua carbonatada: es la base esencial para la producción de cualquier gaseosa. En grandes fábricas primero se desmineraliza el agua, y luego se le agregan minerales en cantidades predeterminadas.

·         Aditivos

·         Edulcorantes: le confieren sabor dulce, se separan según su procedencia en tres clases:

·         Naturales: sacarosa (azúcar de mesa). Generalmente se utilizan otras azúcares, que endulzan menos, traen los mismos problemas de diabetes por gramo (es decir, que traen más problemas para el mismo sabor dulce), pero resultan más baratas. Actualmente la más utilizada es la fructosa (JMAF, jarabe de Maíz de Alfa Fructosa).

·         Sintéticos: son más baratos, pero pueden tener sabores no muy agradables, y algunos se relacionan con ciertos cánceres. Por ejemplo: Ciclamato (E 952), Acesulfamo K (E 950), Aspartamo (E 951), etc.

·         Acidulante: le proporcionan la acidez adecuada. Por ejemplo: ácido cítrico, ácido fosfórico, etc.

·         Colorantes.

·         Conservantes.

SISTEMA	No. De componentes	No. de fases	Clasificación del sistema por :		Clasificación de las paredes por :
Interior de una lata de refresco cerrada.	n componentes	1	El no. de fases	Interacción con entorno	Interacción mecánica.	Interacción térmica	Intercambio material con entorno:
			Homogéneo	Cerrado	Rígida	Diatérmica	Impermeable

Se consideran n componentes ya que el refresco es una mezcla homogénea de muchas sustancias, entre las más importantes se encuentran:

·         Agua carbonatada

·         Cafeína

·         Azúcar

·         Ácido cítrico, etc.

Estos componentes son los principales que le dan las  características esenciales al refresco.

El refresco es una mezcla homogénea (solución/líquida) de los componentes antes mencionados; sin embargo, ocurre una reacción en donde interviene gases; esta reacción es la del agua con el dióxido de carbono (agua carbonatada):

H2O + CO2 <---> H2CO3

En el interior de la lata se encuentra a bebida y éstos gases; pero no es posible diferenciar a la fase gaseosa de la líquida ni separarlos hasta que se abra la lata, por lo tanto, consideramos que el sistema elegido  está formado por una sola fase, homogéneo.

La lata está cerrada, por lo tanto no permite el intercambio de material hacia ninguna dirección; es un sistema cerrado.

Las latas de refresco, comúnmente se fabrica de hojalata o aluminio.

El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.

Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX, el metal que más se utiliza después del acero.

El aluminio, material del que están hechas las paredes del sistema ofrece:

·         ligereza (espesores de 0,10mm o menos)

·         protección del contenido (estanqueidad y protección contra la luz)

·         rapidez de enfriamiento

·         resistencia a la rotura

·         escaso volumen

·         reciclabilidad (la lata es reciclable tanto por los sectores del acero como del aluminio; sin embargo, a día de hoy la tasa de recogidas es muy inferior a la de otros materiales como el papel y cartón)

A partir des éstas propiedades, podemos clasificar las paredes del sistema como rígidas, y que no permiten el cambio de volumen. Diatérmicas,el aluminio es un metal, lo que lo hace un buen conductor de la energía en forma de calor.

La lata de aluminio no permite que el líquido pase a través de ella, consideramos a la pared impermeable.