TEORIA CINETICA DE LOS GASES

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER. FACULTAD DE INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS.

CTEDRA: FISICOQUMICA

PAGE UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER. FACULTAD DE ING. EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS.COMPENDIO DE FISICOQUMICA

NDICE GENERAL

INTRODUCCIN

04I. CAPITULO I : TEORA CINTICA DE LOS GASES 051.1 SISTEMA DE UNA GAS 051.2 TEORA CINTICA DE LOS GASES

051.3 ECUACIN DE ESTADO DE LOS GASES REALES 07PROBLEMAS PROPUESTOS

12II. CAPITULO II: LA TERMODINMICA Y LAS LEYES TERMODINMICAS 152.1 QUE ESTUDIA LA TERMO? 152.2 EN QUE SE BASA LA TERMO?

17a. DE QUE TRATA LA LEY CERO? 17b. DE QUE TRATA EL EQUILIBRIO TERMODINMICO 17c. QUE ES UN SISTEMA?

18d. QUE ES UNA FASE? 19e. QUE SE ENTIENDE POR PROPIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS? 19f. CUALES SON LOS PROCESOS TERMODINMICOS? 192.3 QUE NOS EXPLICA LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA? 19a. POSTULADOS DE LA PRIMERA LEY TERMODINMICA 20b. TRABAJO

21c. CALOR

22d. ENERGA INTERNA

222.4 COMO ES LA RELACIN DE LOS PROCESOS TERMODINMICOS CON LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA? 23a. PROCESO ISOTRMICO 24b. PROCESO ISOBRICO 24c. PROCESO ISOMTRICO 24d. PROCESO CCLICO 25e. PROCESO REVERSIBLES 25f. CAPACIDAD CALORFICA MOLAR DE LOS GASES 26g. PROCESO ADIABTICO O AISLADO TERMICAMENTE REVERSIBLE. 28PROBLEMAS PROPUESTOS

322.5 QUE RELACIN TIENE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA Y LA TERMOQUMICA 34a. ENTALPIA ESTNDAR O NORMAL DE REACCIN 35b. LEYES TERMOQUMICAS 36c. ENTALPIA NORMAL DE FORMACIN O CALOR DE FORMACIN 36d. ENTALPIA NORMAL DE COMBUSTIN 37PROBLEMAS PROPUESTOS

382.6 QUE ESTUDIA LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA?41a. QUE ES LA ENTROPA? 44b. COMO SE DETERMINA LA ENTROPA? 48c. QUE EXPLICA EL CICLO DE CARNOT? 49d. PROCESO GENERAL DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIO? 53e. FUNCIONES DE GIBBS HELMHOLTZ 54f. RELACIONES TERMODINAMICAS Y LAS FUNCIONES DE GIBBS HELMHOLTZ 56g. VARIACION DE LA ENERGIA DE GIBBS CON LA PRESION 562.7 TERCERA LEY DE LA TERMODINAMICA 57PROBLEMAS PROPUESTOS 58III. LIQUIDOS Y SOLUCIONES 613.1 CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS

62a. PRESION DE VAPOR 63b. TENSION SUPERFICIAL

65c. VISCOSIDAD

703.2 SOLUCIONES

74a. SOLUCIONES NO ELECTROLITICAS 75 SOLUCIONES GAS EN LIQUIDOS 76 SOLUCIONES LIQUIDO LIQUIDO 77b. SOLUCIONES DILUIDAS PROPIEDADES COLIGATIVAS 81 DESCENSO DE LA PRESION 82 ELEVACION O AUMENTO DEL PUNTO DE

EBULLICION 83 EVALUACION DEL DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACION 85 PRESION OSMOTICA 87c. SOLUCIONES ELECTROLITICAS Y LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS 903.3 SOLUCIONES ELECTROLITICAS

933.4 ELECTROQUIMICA 963.5 LEY DE FARADAY

99PROBLEMAS DE APPLICACION

102CLA. CLA JULIO 2008

INTRODUCCINEL COMPENDIO DE LA CTEDRA DE FISICOQUMICA, se realizo segn lo programado en el semestre 2008-I, y de los semestres anteriores donde se tena las clases desarrolladas a manuscrito, se plasm a este compendio que servir como consulta a los seores alumnos de nuestra Facultad de Ingeniera en Industrias Alimentaras y como no a otras Facultades que deseen efectuar sus consultas, puesto que se cuenta con conceptos elementales para adaptarse a la enseanza y aprendizaje de nuestros alumnos universitarios.

El contenido de este compendio esta organizado con marcos tericos claros y lgicos que permiten comprender y resolver problemas aplicados a nuestra carrera profesional.

El compendio empieza con una exposicin breve de la Teora Cintica de los Gases, luego se desarrolla la Termodinmica clsica, como es el Primer Principio Termodinmico y la Termoqumica, el Segundo y Tercer Principio Termodinmico; sus aplicaciones de estas en sustancias puras ( Captulo de Lquidos), Soluciones Electrolticas y no Electrolticas, las Propiedades Coligativas (soluciones diluidas).

La edicin del compendio se ha ejecutado consultando Textos de Fisicoqumica referentes como: F. Daniela y R. Alberty, Levine, Gilbert Castellan, H.D. Crockford y Samuel M. Knight, as como tambin se utiliz informacin de INTERNET.

EL DOCENTE

CAPITULO II.- TEORA CINTICA DE LOS GASES

1.1 SISTEMAS DE UN GAS

Los cuerpos en la Naturaleza se nos presentan en tres estados de agregacin molecular: gaseoso, lquido y slido. El primer autor que emple la palabra gas, fue el belga VAN HELMONT (1577-1644), quin la aplic a espritus desconocidos producidos al quemar la madera. Un gas es la materia que posee la propiedad de llenar completamente un recipiente a una densidad uniforme. De aqu, no posee forma ni volumen definido.

Aun cuando nos parezca estar ms familiarizado con la materia en estado slido, los gases y los lquidos obedecen a leyes mucho ms sencillas, lo cual podra sorprendernos a simple vista, pero es un hecho cientfico indudable. De estos dos ltimos estados de agregacin, los gases y los lquidos, es el estado gaseoso el que est regido por leyes todava ms sencillas, si bien ambos estados poseen un gran nmero de propiedades comunes, como por ejemplo la gran movilidad de sus partculas, que los distingue esencialmente del estado slido. As se observa la mezcla completa de gases y tambin de lquidos miscibles, debido a la difusin de sus componentes. El fenmeno de la difusin constituye una importante prueba en apoyo de la fecunda teora de que la materia est constituida por partculas pequesimas llamadas molculas, cuyo movimiento permanente es la causa de la difusin.

1.2 TEORIA CINETICA DE LOS GASES

La Teora Cintica de los Gases explica el comportamiento de los gases utilizando un modelo terico. Suministra un modelo mecnico el cual exhibe propiedades mecnicas promedios , que estn identificadas con propiedades macroscpicas, es decir que impresionan nuestros sentidos, tales como la presin. En este modelo, una sustancia gaseosa pura consiste del agregado de un nmero muy grande de partculas independientes llamadas molculas, que son muy pequeas, perfectamente elsticas y estn movindose en todas direcciones. Para este sistema rige perfectamente la fsica clsica. Una mayor divisin de las molculas no es posible porque tal divisin guiara a una transformacin qumica de la sustancia gaseosa.

El primer intento para explicar las propiedades de los gases desde un punto de vista puramente mecnico, se debe a BERNOULLI (1738). Sin embargo no adquiri mayor importancia hasta la mitad del siglo XIX, cuando CLAUSIUS utiliz el movimiento de las molculas para relacionar la energa mecnica con el calor. Debido a la labor de CLAUSIUS, MAXWELL, BOLTZMANN, VAN DER WAALS, las ideas primitivas fueron desarrolladas y se dio forma matemtica a la Teora Cintica de los Gases. Los postulados de esta teora son los siguientes:

Los gases estn constituidos de partculas discretas muy pequeas, llamadas molculas. Para un determinado gas, todas sus molculas son de la misma masa y tamao, que difieren segn la naturaleza del gas. Como un ejemplo, en 1 cm3 de aire hay 25 trillones de molculas.

Las molculas de un gas que se encuentren dentro de un recipiente, estn dotadas de un movimiento incesante y catico, como resultado del cual chocan frecuentemente entre s y con las paredes del recipiente que las contiene.

La presin de un gas es le resultado de las colisiones de las molculas contra las paredes del recipiente es idntica sobre todas las paredes.

Si se obliga a las molculas de un gas a ocupar un recipiente mas pequeo, cada unidad del rea del recipiente recibir un numero mayor de colisiones, es decir que aumentara la presin del gas.

Cuando se guarda una cantidad de un gas indefinidamente en un recipiente cerrado, a temperatura constante, la presin no disminuye con el tiempo, mientras no haya un escape del gas. Al respecto se sabe que este gas no absorbe calor de continuo del exterior para suministrar la energa de movimiento de las molculas. Todo esto es verdad solamente si las molculas son perfectamente elsticas en el choque de unas contra otras. Es de recordar que CLASIUS comparo las molculas a bolas de billar.

Bajo las condiciones ordinarias de presin y temperatura, el espacio ocupado propiamente por las molculas dentro de un volumen gaseoso, es una fraccin muy pequea del volumen de todo el gas. Ahora desde que las molculas son muy pequeas en comparacin a las distancias entre ellas, pueden ser consideradas en primera aproximacin como puntos materiales.

La temperatura absoluta de un gas es una cantidad proporcional a la energa cintica promedio de todas las molculas de un sistema gaseoso. Un aumento en la temperatura del gas originara un movimiento ms poderoso de las molculas, de tal modo que si mantiene el volumen constante, aumentara la presin de dicho gas.PV = (1/3) Mv2 = (2/3)Ek = RT

1.3 ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES REALES

La expresin de la energa potencial (Ep), puede ser todo lo complicada que se quiera, pero cuando la forma del pozo de potencial es sencilla, pueden obtenerse por mtodos estadsticos las ecuaciones de estado de los gases reales en ciertas condiciones de presin y temperatura. Si suponemos que el pozo del potencial es cuadrado, siendo d el dimetro molecular (esferas rgidas impenetrables) y (ad) el alcance de las fuerzas intermoleculares, podemos tomar como expresin para el pozo de potencial, que corresponde con un pozo de potencial cuadrado, Fig 1(a). Este tipo de pozo de potencial (cuya resolucin se estudia en Mecnica Estadstica) conduce a la ecuacin de Van der Waals, de la forma:

Donde: a y b son las constantes de Van der Waals. De la ecuacin de Van der Waals, se pueden extraer dos tipos de deducciones. Figura 01. (a) Comportamiento de un Gas Real (b) Comportamiento de un Gas Ideal

a. Todo sucede como si el volumen disponible para el movimiento de las molculas fuese (v - b); debido al volumen no despreciable de las mismas.

b. La presin efectiva P se reduce en a/v2 ya que las molculas prximas al contenedor experimentan una fuerza hacia el interior del gas, originada por la atraccin intermolecular, que reduce la intensidad del choque de las molculas con la pared.Esta ecuacin fue la primera ecuacin cbica de estado prctico que propuesta por J.D. Van der Waals en 1873:

En esta ecuacin, a y b son constantes positivas; cuando son cero, lo que se obtiene es la ecuacin del gas ideal; dados los valores de a y b para un fluido en particular, puede calcularse P como una funcin de V para varios valores de T.

En la figura 02, es un diagrama PV donde se muestran tres de esas isotermas. La curva sobrepuesta representa los estados de lquido y vapor saturados. Para la isoterma T1>Tc, la presin es una funcin montonamente decreciente con un volumen molar creciente.

La isoterma crtica (que es la que est indicada con Tc) contiene el punto de inflexin horizontal en C caracterstico del punto crtico. Para la isoterma T20, el sistema absorbe calor y la reaccin es endotrmica. Por ejemplo:

CO2 (g) + H2O(g) CH4 (g) + 2 O2 (g) H = 802 kJ/mol

Si la entalpa de los productos es menor que la de los reactantes, H 0 proceso espontneo o irreversibleSUNIVERSO = 0 se dice que el sistema est en equilibrio o proceso reversiblepero este anlisis puede resultar complicado porque hace necesario conocer adems de la SSISTEMA tambin la SALREDEDORES.

Suniverso = SSISTEMA + SALREDEDORES El inters de realizar esta prediccin es conocer si el proceso va a tener L lugar, para en el caso contrario buscar procesos acoplados que hagan factible la obtencin del sistema en el estado final buscado (ejemplo: el agua no fluye de forma natural de abajo a arriba, pero si acoplamos un proceso en el que una masa superior baje, ser posible que una determinada masa de agua suba).

a. QU ES LA ENTROPIA?El concepto de entropa fue introducido por primera vez por R. J. Clausius a mediados del siglo XIX. Clausius, ingeniero francs, tambin formul un principio para la Segunda ley:

No es posible proceso alguno cuyo nico resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo fro a otro ms caliente.

En base a este principio, Clausius introdujo el concepto de entropa, la cual es una medicin de la cantidad de restricciones que existen para que un proceso se lleve a cabo y nos determina tambin la direccin de dicho proceso. Vamos ahora a hablar de las tres acepciones ms importantes de la palabra entropa.PRIMERA: La entropa, indica el desorden y el grado de organizacin de un sistema.Vamos a imaginar que tenemos una caja con tres divisiones; dentro de la caja y en cada divisin se encuentran tres tipos diferentes de canicas: azules, amarillas y rojas, respectivamente. Las divisiones son movibles as que me decido a quitar la primera de ellas, la que separa a las canicas azules de las amarillas. Lo que estoy haciendo dentro del punto de vista de la entropa es quitar un grado o ndice de restriccin a mi sistema; antes de que yo quitara la primera divisin, las canicas se encontraban separadas y ordenadas en colores: en la primera divisin las azules, en la segunda las amarillas y en la tercera las rojas, estaban restringidas a un cierto orden. Al quitar la segunda divisin, estoy quitando tambin otro grado de restriccin. Las canicas se han mezclados unas con otras de tal manera que ahora no las puedo tener ordenadas pues las barreras que les restringan han sido quitadas.

La entropa de este sistema ha aumentado al ir quitando las restricciones pues inicialmente haba un orden establecido y al final del proceso (el proceso es en este caso el quitar las divisiones de la caja) no existe orden alguno dentro de la caja.

La entropa es en este caso una medida del orden (o desorden) de un sistema o de la falta de grados de restriccin; la manera de utilizarla es medirla en nuestro sistema inicial, es decir, antes de remover alguna restriccin, y volverla a medir al final del proceso que sufri el sistema. Es importante sealar que la entropa no est definida como una cantidad absoluta (S: smbolo de la entropa), sino lo que se puede medir es la diferencia entre la entropa inicial de un sistema (S1) y la entropa final del mismo (S2). No tiene sentido hablar de entropa sino en trminos de un cambio en las condiciones de un sistema.SEGUNDA: Entropa en procesos reversibles y procesos irreversiblesVolviendo al ejemplo anterior de la caja con separaciones y canicas, vamos a explicar qu es un proceso reversible y qu un proceso no reversible.Llamamos proceso reversible al que se puede invertir y dejar a nuestro sistema en las mismas condiciones iniciales. Teniendo en cuenta nuestra caja ya sin las separaciones, tenemos a las canicas revueltas unas con otras, es decir, sin un orden. Si el proceso que efectuamos de quitar las divisiones fuera reversible, las canicas tendran que ordenarse espontneamente en azules, amarillas y rojas, segn el orden de las divisiones. Esto no ocurrir.El proceso que efectuamos con nuestra caja de canicas fue un proceso no reversible, en donde una vez terminado, el orden que haba en las condiciones iniciales del sistema ya nunca volver a establecerse.El estudio de este tipo de procesos es importante porque en la naturaleza todos los procesos son irreversibles.TERCERA: La entropa y la energa gastada.En el principio enunciado por Clausius que anteriormente citamos, podemos encontrar la relacin con la entropa y la energa liberada en un proceso. Pensemos en un motor. El motor necesita de una fuente de energa para poder convertirla en trabajo. Si pensamos en un coche, la gasolina, junto con el sistema de chispa del motor, proporciona la energa (qumica) de combustin, capaz de hacer que el auto se mueva. qu tiene que ver la entropa aqu?La energa que el coche utiliz para realizar trabajo y moverse, aumento la energa y por ende la entropa; luego se gast, es decir, es energa liberada mediante un proceso qumico que ya no es utilizable para que un motor produzca trabajo, por lo tanto la entropa se encuentra en equilibrio mecnico no hay movimiento.Este es uno de los conceptos ms difciles de entender de la entropa, pues requiere un conocimiento un poco menos trivial del funcionamiento de motores, frigorficos y el ciclo de Carnot. Pero para nuestros fines con esta explicacin es suficiente.Para qu sirve la entropa entonces?La entropa, como medida del grado de restriccin o como medida del desorden de un sistema, o bien en ingeniera, como concepto auxiliar en los problemas del rendimiento energtico de las mquinas, es una de las variables termodinmicas ms importantes. Su relacin con la teora del caos le abre un nuevo campo de estudio e investigacin a este tan manoseado concepto de entroa.b. CMO SE DETERMINA LA ENTROPA?

La entropa como unidad de energa es una funcin del estado, por ello se debe identificar primero los estados iniciales y finales, idealizar un sistema reversible entre los estados iniciales y finales y aplicar la expresin matemtica:

La determinacin de la entropa en diferentes procesos:1. Proceso Cclico : S = 0

2. Proceso Adiabtico reversible: S = 0

3. Para cambios de fase a Temperatura constante:

4. Para cambios de fase a Presin constante: ; puesto que Qp = H

5. Cambios de estado para un Gas perfecto en procesos reversibles:

Proceso Isotrmico:

Procesos cuando existe cambio de Temperatura:

A volumen constante:

A presin constante:

Determinacin de la entropa en funcin a las variables de estado ( P, V y T)

c. QU EXPLICA EL CICLO DE CARNOT?

El Ciclo llamado de Carnot es un ciclo reversible que consta de cuatro tramos: dos a temperatura constante (dos procesos isotrmicos), y otros dos sin absorcin ni emisin de calor (dos procesos adiabticos). Es decir, se trata de una transformacin bitrmica (entre dos temperaturas).

Donde:

AB: proceso isotrmico (el sistema absorbe energa)

BC: proceso isoentrpico expansivo

CD: proceso isotrmico

DA: proceso isoentrpico compresivo (el sistema libera energa)

Tambin en los procesos se puede indicar como:

A B: se transfiere reversiblemente Q2 desde el depsito de alta temperatura a una sustancia termodinmica, como resultado de esto la sustancia se expande isotrmica y reversiblemente de A + B y realiza W1, cuya rea es Abba.

B C: la sustancia termodinmica realiza una expansin adiabtica de B a c, como resultado de esto la temperatura cae a T1, y realiza W2 cuya rea es BCcb.

C D: se transfiere Q1 isotrmica y reversiblemente desde la sustancia termodinmica hacia el depsito de baja temperatura t1. El trabajo W3, cuya rea es DCcd es realizado sobre la sustancia que se mueve de C a D.

D A: la sustancia se comprime reversible y adiabticamente desde D a A, la temperatura sube de T1 a T2 y W4, cuya rea es Adda, este trabajo es realizado sobre la sustancia.El trabajo realizado en el ciclo ser: W = Q2 Q1, aplicando el PPT, donde Q = W, puesto que en un ciclo termodinmico U = 0.

El rendimiento terico del ciclo de Carnot, como en todas las transformaciones bitrmicas, viene dado por:

Donde W representa el trabajo producido durante la transformacin y Q2 el calor que absorbe del foco caliente. Puesto que no hay variacin de energa interna, por tratarse de un proceso cclico.

EL CICLO DE CARNOT DE UN GAS PERFECTO:

Cuando el sistema que evoluciona en un Ciclo de Carnot es un gas ideal, tanto el calor absorbido como el calor cedido se puede determinar muy fcilmente, puesto que sabemos que en las transformaciones isotermas se verifica que el trabajo necesario para una expansin viene dado por la relacin:

Y tambin sabemos que cuando no hay transvase de calor se verifica la relacin temperatura-volumen dada por : Esto quiere decir, analizando los cuatro tramos del Ciclo de Carnot para este tipo de sistema gaseoso: Primer proceso: Expansin isotrmica a temperatura T2 , absorbiendo calor Q2, con paso del volumen V1=VA al volumen V2=VB:

Segundo Proceso: Expansin adiabtica pasando de T2 a T1; pasando del V2=VB al V3=VC; en este proceso se tiene :

Tercer Proceso: Compresin isotrmica a T1, cediendo calor Q1, con paso del volumen T1, pasando del V3=VC al V4=VD:

Cuarto Proceso: Comprensin adiabtica pasando del V4=VD al V1=VA y se calienta de la T1 a la T2 y cumple :

Esto nos permite deducir:

Tambin se deduce entonces que:

Por lo tanto la eficiencia de Carnot:

Este resultado es fundamental. Nos indica que el rendimiento de un Ciclo de Carnot depende exclusivamente de las temperaturas de los focos fro y caliente y no de las cantidades de calor transvasadas ni del tipo de sustancia con la que funciona el ciclo.

Consideremos una segunda mquina que trabaje con una sustancia distinta, entre las temperaturas T2 y T1, y que sea ms eficiente.

Mayor eficiencia se puede obtener de dos formas:1ro. Q1 sale del depsito a T1 y se realiza ms trabajo w (w > w), entonces se libera menos calor Q1 a deposito de bajo temperatura T1 ( q1 < q1).

2do. El mismo w se obtiene absorbiendo menos calor q2 del depsito a T2 ( Q2 < Q2), entonces menos calor pasa al depsito a T1 por lo tanto Q2 < Q2d. PROCESO GENERAL DE ESPONTANEIDAD Y EQUILIBRIOEn sistemas abiertos (por ejemplo: los sistemas biolgicos) se requiere una nueva funcin de estado que incluya tanto energa como entropa.

Como sabemos la entropa es una funcin del estado y la entropa de un sistema con lmites adiabticos nunca decrece, aumenta en procesos irreversibles espontneos y permanece constante en procesos reversibles no espontneos. Esto es:

Si >0 proceso irreversible

Si = 0 proceso reversibleSi un sistema aislado no se encuentra en equilibrio, evolucionar espontneamente aumentando su entropa. Esto es:

proceso espontneo,

proceso irreversible

sistema aislado

La Salrededores permanece constante porque los alrededores no intervienen en el proceso termodinmico al estar el sistema aislado

sistema en equilibrio

proceso reversible

sistema aislado

En un sistema cerrado que no se encuentre en equilibrio, los procesos espontneos tienen lugar de forma que:

e. FUNCIONES DE GIBBS HELMHOLTZ.

Las Funciones de Gibbs y Helmhotlz, se basan tambin el estudio de los estados de equilibrio, se conoce ms como energas libres de Gibbs y Helmholtz, que pueden ser analizados en sistemas cerrados y abiertos. Estas funciones termodinmicas auxiliares son extremadamente tiles en las aplicaciones de los principios termodinmicos; puesto que nos permiten determinar la energa como trabajo a P y T constante (Gibbs) y la funcin de trabajo a V y T constante (Helmhotlz). Estas dos funciones de energa son propiedades extensivas y dependen de las condiciones iniciales y finales.

Energa Libre de Gibbs. Se efecta a presin y temperatura constante, cuya ecuacin es la siguiente:

dG = dH d(TS) ; donde d(TS) se conoce como la energa no utilizable.

Sabemos que: dH = dU+pdV y TdS a temperatura constante

Reemplazando tenemos: dG = dU + PdV TdS

dU = Qrev - W y TdS = Q revEntonces: dG = Qrev W + PdV Qrev dG = - W + PdV

-dG = Wmax PdV = WNETO O UTIL Adems: PdV se le considera como trabajo no realizado por el sistema exceso de trabajo.

Si dG = 0; el proceso es reversible, por lo tanto el estado se encuentra en equilibrio.

Si dG< 0; el proceso es irreversible espontneo Energa Libre de Helmholtz. Se efecta a volumen y temperatura constante, cuya ecuacin es la siguiente:

dA = dU d(TS) ; si dU = Qrev - W

Reemplazando tenemos: dA = Qrev - W TdS

y TdS = Q revEntonces: dA = Qrev W Qrev dA = - W

-dA = Wmax

Si dA = 0 ; el proceso es reversible, por lo tanto el estado se encuentra en equilibrio.

Si dA< 0 ; el proceso es irreversible espontneof. RELACIONES TERMODINMICAS Y DE LAS FUNCIONES DE GIBBS Y HELMHOLTZ.dU = TdS PdV dH = TdS + VdP

dG = VdP SdT dA = -SdT PdVSe tiene:

g. VARIACIN DE LA ENERGA DE GIBBS CON LA PRESIN (solo para gases)De: dG = VdP SdT y si la temperatura es constante.

Tenemos:

2.7 TERCERA LEY DE LA TERMODINMICALa tercera de la termo, se basa en el SPT, donde la entropa depende de la temperatura absoluta; es as para los slidos en su transformacin fsica, a presin constante desde el cero absoluto hasta una temperatura menor a la fusin:

SLIDO (0 K ; P) SLIDO ( T K ; P)

Sabemos que: donde: dP = 0

Donde:

Entonces: La TLT, fue propuesta por T.W. Richard en 1902 y luego propuso W. Nernst y completamente desarrollada y aplicada a los problemas qumicos por G.N. Lewis, indicaron que para toda sustancia pura perfectamente cristalina S0=0, esto nos indica el cero absoluto. Por lo tanto:

Aplicando esta ecuacin, para el cambio de estado de fusin a vaporizacin:

ENTROPIAS DE ALGUNAS SUTANCIAS

SUSTANCIASS J/kSUSTANCIASS J/K

C(S)K(S)NaCl(S)Hg(S)Br2(L) 0,286

7,780

8,680

9,129

18,307H2O(L)C2H5OH(L)H2(G)HBr(G)Cl2(G) 8,413

19,301

15,704

23,884

26,816

S : ENTROPIA ESTNDAR ( 25 C)PROBLEMAS PROPUESTOS1. Una mquina absorbe 1600 J de una fuente caliente y libera 1000 J a la fuente fra en cada ciclo. Calcular: a) la eficiencia de la mquina, b) el trabajo que realiza en cada ciclo, c) la potencia de salida de la mquina si cada ciclo dura 0.3s. RESPUESTA: a) 37.5%, b) 600 J, c) 2 kW.2. Una mquina trmica opera entre dos fuentes a temperaturas de 20 C y de 300 C. Calcular la mxima eficiencia de esta mquina. RESPUESTA: 48,9%

3. La eficiencia de una mquina de Carnot es 30%. La mquina absorbe 800 J de calor por ciclo de una fuente caliente a 500 K. Calcular: a) el calor liberado por ciclo, b) la temperatura de la fuente fra. RESPUESTA : a) 560 J, b) 350 K.4. Una mquina de Carnot tiene una potencia de salida de 150 kW. La mquina opera entre dos fuentes a temperaturas de 20 C y de 500 C. Calcular: a) la energa calrica que absorbe por hora, b) la energa calrica que pierde por hora.5. Se ha propuesto construir una central de energa que haga uso del gradiente vertical de temperatura del ocano, que opere entre la temperatura de la superficie, de 20 C, y otra a una profundidad de cerca de 1 km, de 5 C. a) Calcular la eficiencia de esa central. b) Si la potencia de salida de la central es 75 MW, calcular la energa trmica que se extrae del ocano por hora. c) De acuerdo al resultado de a), piensa que es posible esta central de energa? RESPUESTA: a) 5.1%, b) 5.3x1012 J.6. Un ciclo de Carnot tiene un almacn frio a 17 C. En cada ciclo se suministran 2 500 J de calor y se efectan 1 200 J de trabajo. Cul es la temperatura del almacn de calor?.7. Un mol de un gas tri atmico a C.N., se hace expandir isotrmicamente y reversiblemente a 32 F a un volumen de 10 veces del inicial y a la dcima parte del inicial. Calcular : W, Q, H, G, S y U.

8. Si se colocan 10 g de hielo a 0,0 C en un recipiente aislado con 10 g de agua a 80 C y se deja que la mezcla llegue al equilibrio. Cul es la temperatura final del sistema? Calcule los cambios de entropa del hielo y agua; demuestre que el cambio neto de entropa es positivo.

9. Analicemos un proceso de mezclado espontneo y por lo tanto irreversible. Un mol de oxgeno a 30 PSIA y 60F, est en un recipiente que se conecta con otro que con tiene 2 moles de nitrgeno a 10 PSIA y 100 F. Se comunican ambos recintos mediante una vlvula y se mezclan los gases. Determine:

a. La temperatura y la presin de equilibrio despus de la mezcla.

b. La variacin de entropa de cada gas y S de la mezcla. Asumir que as condiciones son las mismas que en la experiencia de Joule-Kelvin.

10. Cierto gas perfecto cumple la relacin Cv= a + bT; donde : a = 25 J/mol.K y b = 0,03 J/mol.K2. Cuatro moles de este gas van desde 27 C y 200 KPa; 227 C y 300 KPa Calcule cada una de las siguientes cantidades para el cambio de estado: Q, W, U, H, S y G ( Indique si es imposible obtener alguna de ellas con la informacin disponible y explique por qu?)REVISIN BIBLIOGRFICA

1. Crockford y Knight. "FUNDAMENTOS DE FISICOQUIMICA". Edit. Continental S.A. Mexico 1981.2. Barrow. "QUIMICA FISICA". Edit. Revert Barcelona 1998.3. Gilbert W. Castellan FISICOQUIMICA.Edit. Addison Wesley Longman. Mexico 2002.4. Francis Weston Sears. "TERMODINAMICA". Edit. Revert. Barcelona 1992.5. Maron y Prutton. "FUNDAMENTOS DE FISICO QUIMICA". Edit. LIMUSA. Mexico-1999.6. Castelan W. Gilbert. FISICO QUIMICA 2da Edicin. Edit. Addison-Wesley Iberoamericana S.A. Mxico. 1999.7. Levine. FISICO QUIMICA. Editorial Mc Graw Hill. Mexico- 1998.8. Atkins PW. FISICO QUIMICA . Edit. Weslwy Iberoamerica 2000.DIRECCIONES ELECTRNICAS

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/36/htm/ysin.html http://fisica.usach.cl/~jlay/html/pdf/cap11_caloryprimerppio_pp420_480_2004.pdf http://www2.ubu.es/ingelec/maqmot/PvtWeb/apartado2.htm#vanderwaals http://www.loreto.unican.es/Termodin/TermoIIGasReales.pdfCLA JUNIO 2008

CAPITULO IIIIII.- LQUIDOS Y SOLUCIONESLos lquidos, como los slidos, es incompresible, de forma que su volumen no cambia. Los slidos tienen forma y volumen definido, en cambio los lquidos no tienen una forma fija, sino que se adapta al recipiente que lo contiene, manteniendo siempre una superficie superior horizontal. c)En el lquido, los tomos y molculas no estn unidos tan fuertemente como en el slido. Por eso tienen ms libertad de movimiento y, en lugar de vibrar en un sitio fijo, se pueden desplazar y moverse (fluidos), pero siempre se desplazan y mueven una molcula junto a otra, sin separarse demasiado. Es como si estuvieran bailando, de forma que se pueden mover, pero siempre cerca una de otra.

En la superficie del lquido, las molculas que lo forman se escapan al aire, el lquido se evapora. Si el recipiente que contiene el lquido est cerrado, las molculas que se han evaporado pueden volver al lquido, y se establece as un equilibrio termodinmico, de forma que el lquido no se pierde. Si el recipiente est abierto, las molculas que escapan del lquido al aire son arrastradas por ste y no retornan al lquido, as que la masa lquida acaba por desaparecer. Es por esto que las ropas se secan y ms rpidamente cuanto ms viento haya, ya que el viento ayuda a arrastrar las molculas que se han evaporado.

3.1 CARACTERSTICAS DE LOS LIQUIDOS

Las molculas en los lquidos estn relativamente cercas una de otras por fuerzas internas llamadas fuerzas de Van der Waals y/o puentes de hidrgeno.

Tienen mas fuerzas de atraccin que los gases

Poseen movimiento de traslacin ( propiedad de fluidez)

Los materiales lquidos no los podemos coger con las manos. Los lquidos no tienen forma propia, toman la forma del recipiente que los contiene. La superficie de un lquido en contacto con el aire recibe el nombre de superficie libre del lquido. Los lquidos son que no se pueden comprimir ni se pueden expandir (estirar). Tienen volumen definido, pero no una forma definida. Posee una densidad relativamente ms grande que los gases y menor que los slidos.

Poseen una friccin interna entre sus molculas (viscosidad)

Sus calores especficos son ms altos que los slidos.

Al aumentar la temperatura, las molculas de los lquidos tienen mayor movimientos interno (velocidad), sta caracterstica nos permite analizar los fenmenos de vaporizacin (presin de vapor )

La entropa de los lquidos es mayor que los gases y menor que los slidos.

La vaporizacin en los lquidos a C.N., se pueden observar procesos espontneos no espontneos, esto depende del estudio exclusivamente de la energa libre de Gibbs (SPT),que permitir determinar las propiedades de los lquidos como : Presin de vapor, Tensin Superficial y Viscosidad. a. PRESIN DE VAPORLa presin de vapor de los lquidos es una de las propiedades ms adecuadas para el conocimiento de lo que es el estado lquido, esta propiedad se encuentra defendida como la presin del vapor que produce el equilibrio entre el vapor y el lquido.Esto ocurre cuando un lquido se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, por que en el momento que se da la vaporizacin aumenta el nmero de molculas en estado de vapor y provoca un aumento en la presin ejercida por el vapor. Esta presin se debe a los choques de las molculas que la forman contra las superficies que lo estn limitando. Pero cuando estas molculas gaseosas chocan contra la superficie del lquido queda influenciada por las fuerzas atractivas de las molculas del lquido y quedan retenidas all formando otra vez parte del lquido.

La presin de vapor en un sistema cerrado, es en si, el equilibrio entre el estado lquido y la fase de vapor a una determinada temperatura, la cual debe ser constante. Este equilibrio nos indica que la rapidez de vaporizacin y de condensacin en los lquidos son iguales, por lo tanto se encuentra en un equilibrio dinmico. Termodinmicamente se indica dG=0 ( energa libre de Gibbs); esto es :

G VAPOR G LQUIDO = 0 ; entonces: G VAPOR = G LQUIDOAplicando: dG=VdP SdT

Vv.dP Sv.dT = VL.dP SLdT

Se tiene la ecuacin Clausius-Clapeyron, donde la presin de vapor de un lquido aumenta con la temperatura en una forma no lineal. Se obtiene una relacin lineal cuando se grafica en un papel semi logartmico cuya modelacin es:

Integrando:

Tenemos:

Esta ecuacin hace posible calcular el calor de vaporizacin de un lquido midiendo su presin de vapor a varias temperaturas y graficando los resultados para obtener la pendiente de la lnea. b. TENSIN SUPERFICIALLa tensin superficial es la resistencia de un lquido a dispersarse y aumentar su rea de superficie. Es causada por las diferentes fuerzas intermoleculares experimentadas por las molculas en el interior de un lquido y en su superficie.

Las molculas en el interior del lquido estn rodeadas y experimentan fuerzas intermoleculares mximas, mientras las que se encuentran en la superficie tienen pocas molculas vecinas y sienten fuerzas dbiles por lo tanto las molculas de la superficie son menos estables y el lquido tiende a minimizar su nmero maximizando el rea de superficie.

La tensin superficial al igual que la viscosidad es mayor en lquidos que poseen fuertes fuerzas intermoleculares. Ambas propiedades son dependientes de la temperatura porque las molculas a mayor temperatura tienen mayor energa cintica para contrarrestar las fuerzas de atraccin que las mantiene unidas.Este fenmeno tiene importantes aplicaciones prcticas, en el estudio de la qumica macromolecular, en la concentracin de los metales por flotacin, en bacteriologa, etc. Existen varios mtodos para medir la tensin superficial entre ellos tenemos: Ascenso capilar, tamao de las gotas, presin de burbujas, desprendimiento del anillo, etc. La fuerzas de interaccin, hacen que las molculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del lquido. Como todo sistema mecnico tiende a adoptar espontneamente el estado de ms baja energa potencial, se comprende que los lquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie ms pequea posible.

Se puede determinar la tensin superficial la energa superficial debida a la cohesin mediante el dispositivo que se muestra en la figura, donde una lmina de jabn queda adherida a un alambre doblada en doble ngulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lmina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesin, es necesario aplicar una fuerza F al alambre deslizante.

La fuerza F es independiente de la longitud x de la lmina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud x, las fuerzas exteriores han realizado un trabajo Fx, que se habr invertido en incrementar la energa interna del sistema. Como la superficie de la lmina cambia en A=2dx (el factor 2 se debe a que la lmina tiene dos caras), lo que supone que parte de las molculas que se encontraban en el interior del lquido se han trasladado a la superficie recin creada, con el consiguiente aumento de energa.

Si llamamos a la tensin superficial a la fuerza por unidad de longitud, se verificar la expresin siguiente:

La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.

b.1 Determinacin de la tensin superficial: Mtodo del CapilarLa capilaridad, que es el ascenso de los lquidos por tubos muy estrechos. El lquido asciende por las fuerzas atractivas entre sus molculas y la superficie interior del tubo. Estas son fuerzas de adhesin. Hay que diferenciarlas de las fuerzas de cohesin, que son las fuerzas que unen las molculas entre s, y que son responsables de su condensacin. El menisco de un lquido es la superficie curvada que forma en un tubo estrecho. Para el agua tiene la forma ascendente (como una U) porque las fuerzas que provocan la adhesin de las molculas de agua al vidrio son mayores que la fuerzas de cohesin, en cambio en caso del mercurio, las fuerzas de cohesin son mayores que las de adhesin y el menisco tiene unos bordes curvados hacia abajo.

En ambos casos mostrados en la figura se establece una condicin de equilibrio de la fuerza tangencial del lquido y de la fuerza gravitacional FT=Fg, aplicando sta igualdad tenemos la siguiente expresin para determinar la .

Donde: r es el radio del capilar

h es la altura que toma el lquido en el capilar

g es la gravedad

es la densidad del lquido

Tensin Superficial de algunos Lquidos

Lquido (10-3 N/m)

Aceite de oliva33.06

Agua72.8

Alcohol etlico22.8

Benceno29.0

Glicerina59.4

Petrleo26.0

Aceite de oliva33,0

Leche entera(2 a 4 % de grasa47,7

Fuente: Manual de Fsica, Koshkin N. I. , Shirkvich M. G.. Editorial Mir (1975) b.2 Energa SuperficialLa energa superficial es equivalente a la energa libre de Gibbs, puesto que, el principio, se transforma en trabajo a P y T constante. Sabemos que: y

; luego tenemos:

; el cual podemos igualar como la entalpa superficial: .

c. VISCOSIDADViscosidad, propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad.Para comprender ste fenmeno, consideremos dos placas paralelas de rea A separadas por una distancia D como se indica en la figura. Es conveniente imaginar que D es pequea en comparacin con cualquier dimensin de las placas para evitar el efecto de borde. Entre las placas hay sustancia fluida uniforme. Si una de las placas se deja en reposo mientras la otra se mueve con velocidad uniforme vo en una direccin paralela a su propio plano, en condiciones ideales el fluido sufre un movimiento deslizante puro y se crea un gradiente de velocidad de flujo de magnitud vo/D en el mismo.

Este es el ejemplo ms sencillo de flujo laminar o flujo viscoso puro, en el que la inercia del fluido no juega un papel significativo en determinar la naturaleza de su movimiento. Para que se alcance un flujo laminar, la que puede definirse en el sistema. En el ejemplo sencillo dado antes, estas superficies laminares son los infinitos planos paralelos condicin ms importante que se debe cumplir es que la velocidad de flujo sea lenta.En el flujo laminar en un sistema con lmites slidos estacionarios, las trayectorias de cada elemento del fluido con masa infinitesimal no atraviesan ninguna de las superficies laminares estacionarias de la familia infinita de ellas a las placas. Cuando la velocidad del fluido crece, el flujo se hace turbulento y su momento lo lleva a travs de esas superficies laminares en forma que se producen vrtices o remolinos.

En el ejemplo anterior, con flujo laminar, la fuerza f que resiste el movimiento relativo de las placas es proporcional al rea A y al gradiente de velocidad vo/D:

La constante de proporcionalidad se llama coeficiente de viscosidad del fluido, o sencillamente la viscosidad del mismo. La unidad en c.g.s. de la viscosidad es el poise, equivalente a un . La viscosidad tambin se determina por el esfuerzo cortante y por la tasa de corte de todo lquido, tal como se muestra a continuacin.

La medicin de la viscosidad de un lquido se determina por diferentes mtodos como el de capilares (mtodo de Ostwald), viscosmetros rotacionales, de flujos turbulentos, etc.El mtodo ms sencillo para medir viscosidades es mediante un viscosmetro de Ostwald, en este tipo de viscosmetros son tubos capilares de vidrio, con dimetros muy pequeos que oscilan entre 4 a 8 mm, ( como se muestra en la figura). Este mtodo consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen de un determinado lquido entre los puntos A y B del capilar a una temperatura constante.

Viscosmetro de Ostwald

Al medir el tiempo de flujo de un volumen dado V del lquido en un tubo capilar de Ostwald y bajo la influencia de la gravedad, este flujo del lquido est gobernado por la ley de Poiseuille cuya ecuacin es:

Donde: dV/dt es la velocidad de flujo del lquido a lo largo de un tubo, de radio r y de longitud L, y (p1 p2) es la diferencia de presiones entre los dos extremos del tubo. Dado que la diferencia de presiones (p1 p2) es proporcional a la densidad del lquido en estudio.

Utilizando la ecuacin de Poiseuille y relacionando para dos lquidos de se demuestra la ecuacin de Ostwald:

Para sta ecuacin se toma como lquido de referencia al agua 1, cuya viscosidad por ejemplo a 25 C es 0,895 cP.Los factores que afectan a la viscosidad de un lquido son:

La disminuye al aumentar la temperatura. Al aumentar el peso molecular de las sustancias la es mayor.

La en los lquidos aumenta al incrementarse la presin.

La de los lquidos depende del tamao, la forma y la naturaleza qumica de sus molculas.

Viscosidad del Agua a diferentes temperaturas

TCViscosidad (cP)

0 20

40

60

80

1001,871,012

0,6530

0,4665

0,3548

0,2821

En el caso de muchos lquidos la viscosidad disminuye con la temperatura de forma exponencial; esta disminucin puede describirse mediante una funcin exponencial determinada empricamente por Guzmn Carrancio:

Donde: R es la constante universal de los gases (8,31441 JKmol-1), C es una constante que depende del sistema y E es una expresin de la energa molar que se necesita para superar la friccin interna; esta energa de activacin (por analoga a la ecuacin de Arrhenius) puede determinarse a partir de la pendiente de la representacin grfica :

Donde : y I es la constante de integracin3.2 SOLUCIONES

Las soluciones disoluciones es un sistema qumico homogneo, donde cada volumen de las sustancias poseen una composicin qumica y propiedades termodinmicas idnticas.

Las disoluciones, en qumica, son mezclas homogneas de dos o ms sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de disolvente solvente , y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta. El soluto puede ser un gas, un lquido o un slido, y el disolvente puede ser tambin un gas, un lquido o un slido. El agua (l) con dixido de carbono (g) es un ejemplo de un gas disuelto en un lquido. Las mezclas de gases, como ocurre en la atmsfera, son disoluciones.

Debemos diferenciar los tipos de dispersiones entre las disoluciones verdaderas, disoluciones coloidales y de las suspensiones en que las partculas del soluto son de tamao molecular. Es as, que en una disolucin el soluto se encuentra dispersa entre las molculas del disolvente; que observadas a travs del microscopio, las disoluciones aparecen homogneas y el soluto no puede separarse por filtracin.

En este captulo estudiaremos a las disoluciones que dependen de la naturaleza del soluto, y cuando se disuelve puede formar soluciones no electrolticas y soluciones electrolticas; las primeras no conducen la corriente elctrica, en cambio las otras si conducen o son buenos conductores de la corriente elctrica.a. SOLUCIONES NO ELECTROLTICAS

Las soluciones no electrolticas son dispersiones moleculares, que no conducen el flujo elctrico, en estas disoluciones las molculas de las distintas especies son tan semejantes unas a otras que las molculas de uno de los componentes pueden sustituir a las del otro sin que se produzca una variacin de la estructura espacial de la disolucin ni de la energa de las interacciones intermoleculares presentes en la misma.

En sus magnitudes termodinmicas de estas mezclas homogneas podemos diferencias sus magnitudes como sustancias puras y como disoluciones. En el caso de una disolucin ideal a T y P constante.

VM = 0; no hay cambio de volumen al formarse la disolucin, pues no cambia la estructura espacial.

UM = 0 ; pues no cambia la energa de las interacciones al formarse.

HM = 0; no hay calor de mezcla a P constante; ni absorbe ni desprende Q.

SM > 0; aumenta el desorden.

GM < 0; formacin de la disolucin: espontnea.

Soluciones Gases en Lquidos, en estos casos los gases son los solutos y agua es el solvente, donde predomina la presin y a temperatura como variables de la disolucin de un gas. Para determinar la disolucin de los gases se basa a la Ley de HENRY, que indica lo siguiente: La concentracin del gas disuelto en un disolvente dado es directamente proporcional a la presin parcial del gas a temperatura constante.

C = k* p

Por ejemplo, a una presin de 1 atmsfera y una temperatura de 20 C, en un litro de agua se disuelven 0,0434 gramos de oxgeno; a una presin de 10 atmsferas, con la misma temperatura de 20 C, la cantidad de oxgeno disuelta en 1 litro de agua es 10 veces mayor, es decir, 0,434 gramos. La ley de Henry no es vlida cuando el gas es extremadamente soluble en el lquido.

La solubilidad de un gas disminuye notablemente al aumentar la temperatura, debido al movimiento interno de traslacin de la molcula del soluto en el lquido.

La Ley de Dalton, permite calcular la solubilidad de cada gas el cual es directamente proporcional a la presin parcial del indicado componente en la mezcla gaseosa:

PT = p1 + p2 + p3 + ...

Los gases con punto de ebullicin muy bajos como el Ne, Ar, He, H2, N2, etc; tienen atracciones intermoleculares dbiles y son por lo mismo, muy poco solubles en el agua.

Soluciones Lquido Lquido

Lquidos completamente inmiscibles, esta solucin los componentes son insolubles entre s, donde cada componente ejerce sus presiones de vapor independientemente. Las presiones de vapor dependen de la temperatura; es por ello, que se aprovecha sta propiedad fsica para los fenmenos de destilacin. Por ejemplo: en la obtencin de perfumen, la separacin de aceites voltiles, etc. Los clculos de concentracin se pueden realizar:f(m) = f (p)

Relacionando tenemos:

Donde: M2 peso molecular de la sustancia desconocida.

M1 peso molecular de la sustancia conocida (agua).

p1 y p2 presiones parciales de cada lquido inmiscible.

w1 y w2 pesos masas de cada lquidoLquidos completamente miscibles, tambin se les denomina lquidos ideales, son soluciones binarias, de modo que sus presiones parciales de cada componente depende de la fraccin molar y de la presin como sustancia pura de cada componente.

En disoluciones ideales de lquidos miscibles se da el equilibrio termodinmico del lquido y su vapor en cada componente, esto es:

Generalmente en soluciones miscibles se trabajan como soluciones diluidas, y se basa en la Ley de RAOULT:

p1 = X1 x p1 La disminucin relativa de la presin de vapor de un lquido voltil, al disolver en l un soluto no salino es igual a la fraccin molar de ese soluto. Equivale a decir que la presin de vapor parcial de un lquido voltil (p1) en una solucin, es igual a su fraccin molar (X1) multiplicada por la presin de vapor de ese lquido puro ( p1 ) .

Para el soluto se puede calcular, por la siguiente razn:

X2 = (p1 p1) / p1

Y la presin de vapor de la mezcla lquida binaria ideal, se tiene en cuenta el equilibrio de la tensin de vapor del lquido y de su estado de vapor, esto es la presin de cada sustancia lquida. Se basa a la ley de Dalton:

PT = p1 + p2 ; por lo tanto tenemos :

Y1 = p1 / PT y Y2 = p2 / PT Donde: Y1 y Y2 son fracciones molares de cada componente en el estado de vapor.

p1 y p2 son las presiones parciales del solvente y del soluto respectivamente

El grfico de Raoult:

DIAGRAMA DE FASES A P Y T CONSTANTE

Disminuimos P a T cte desde A hasta E

A: disolucin lquida

B: empieza a producirse vapor

C: lquido + vapor en equilibrio

D: Se evapora la ltima gota de lquido

E: Todo vaporb. SOLUCIONES DILUIDAS DE SOLUTOS NO ELECTROLITOS y DE ELECTROLITOS.PROPIEDADES COLIGATIVAS: Propiedades de las disoluciones cuyo valor es independiente de la naturaleza del soluto y slo depende de su concentracin. Cada una est relacionada con un tipo de equilibrio entre fases. Tienen una misma causa donde la variacin del potencial qumico del disolvente cambia al aadirle soluto.

Las propiedades coligativas de una solucin son aquellas que dependen solamente de:

a. La naturaleza del disolvente.

b. El nmero de partculas del soluto (pero no de su naturaleza).

GRFICO DEL COMPORTAMIENTO DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS

Las propiedades coligativas son :

Disminucin descenso de la presin de vapor del disolvente.

Aumento del punto d ebullicin.

Disminucin del punto de congelacin.

Presin osmtica de la solucin. La aplicacin de las distintas propiedades coligativas de las soluciones de solutos no voltiles y no electrolitos, es primordial en la bioqumica, farmacia, fotoqumica, en medicina y en cualquier laboratorio de investigacin que se requiera de estas propiedades coligativas.

Estas propiedades generalmente se aplican la determinacin de los pesos moleculares de los diversos compuestos orgnicos obtenidos de plantas y animales, o en el estudio de las protenas, es por ello que el estudio de las propiedades coligativas sea de carcter obligatorio para cualquiera que pretenda desarrollar investigacin aplicada. Descenso de la presin de vapor.el valor del potencial qumico del disolvente indica la tendencia de pasar molculas de l de la fase condensada a la fase gas. Si se agrega un soluto no voltil, la presin de la disolucin es menor que la del disolvente puro. Debemos comprender previamente tres conceptos:

1. Presin de vapor (Pv): Presin que ejerce el vapor de un lquido voltil sobre el propio lquido una vez alcanzado el equilibrio a una temperatura dada.

2. Punto de ebullicin: Temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido es igual a la presin exterior (la de la atmsfera donde se encuentra el lquido). 3. Punto de ebullicin normal: Temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido es igual a 1 atmsfera. Si tenemos una disolucin, a todo lo referente al disolvente le pondremos el subndice 1; y a todo lo referente al soluto, el subndice 2. Por tanto, la presin de vapor que soporta la disolucin (PT) es la suma de las presiones parciales:

PT = p1 + p2

La Ley de Raoult establece cmo calcular estas presiones parciales:

p1 = p1 * X1

Entonces, a lo que se refiere la propiedad coligativa es a la diferencia entre p1 y p1 por efecto de introducir un soluto (ojo! se supone no voltil el soluto):

P = p1 - p1 = p1 - p1 * X1 = p1(1-X1)

Por lo tanto: P = X2 .p1

Y ya est!, fjate que esta diferencia de presin es igual a la presin del disolvente puro (que depende de su naturaleza, de cul es el disolvente) y de la fraccin molar del soluto, que mide cunto soluto hay, pero no depende de su naturaleza.

Fjate tambin que la diferencia es siempre positiva (porque lo son p1 y X2), as que el disolvente siempre tiene mayor presin de vapor puro que en disolucin.

La explicacin intuitiva es muy sencilla: en un lenguaje coloquial (y mucho) diramos que, si el soluto se disuelve es porque interacciona con el disolvente, y esto es porque el disolvente est "a gusto" con el soluto; y, por tanto, tiende menos a "escaparse", a subir como vapor, prefiere quedarse en la disolucin.

ELEVACION O AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIN.La adicin de un soluto no voltil abate la presin de vapor de la solucin, por lo tanto se requiere una temperatura ms alta para alcanzar una presin de vapor igual a la del disolvente puro, entonces el punto de ebullicin de la solucin es ms alto que la del lquido puro, como se muestra a continuacin.

Aplicando la Ley de Raoult:

Segn la ecuacin de Clapeyron y Clausius tenemos:

; donde p y To es la presin y temperatura del solvente puro. Igualando estas dos ecuaciones tenemos:

Del cual podemos despejar el incremento de temperatura de la solucin que se le conoce como temperatura de ebulloscopa.

y

dondo ; llamada la constante de ebulloscopa.

Teniendo el aumento del punto de ebullicin de una disolucin (Te) , con respecto al punto de ebullicin del disolvente puro, al disolver en l un soluto no voltil, est dado por:

Donde: To Temperatura de ebullicin del disolvente puro TS Temperatura de ebullicin de la disolucin m es la molalidad.

Ke es la constante ebulloscpica del disolvente. EVALUACIN DEL DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACINHaremos la hiptesis que cuando la solucin se congela, en la fase slida hay solo la sustancia pura A y no una mezcla slida de A y B. Por lo tanto nuestros resultados no se aplican a sistemas que forman soluciones slidas al solidificarse. As como el punto de ebullicin de un lquido asciende si se le agrega un soluto no voltil, el punto de fusin desciende. Esto se ve en los siguientes grficos, donde representamos la presin de vapor del slido puro, el solvente puro y la solucin, en funcin de la inversa de la temperatura.

Estas curvas son casi rectas de acuerdo con la forma aproximada de la ecuacin de Clausius-Clapeyron. La curva de presin de vapor del slido corta la curva de presin de vapor del solvente puro en el punto T0 correspondiente al punto de congelacin del solvente puro, y tambin corta la lnea de presin de vapor de la solucin en el punto Ts que corresponde al nuevo punto de congelacin en el cual la solucin est en equilibrio con el slido puro. En consecuencia el punto de congelacin de una solucin es la temperatura a la cual se comienzan a formar los primeros cristales de disolvente puro en equilibrio con la solucin. Dado que la temperatura de punto triple de la solucin es ms baja que la del lquido puro, el punto de congelacin de la solucin tambin es ms bajo que le del lquido puro.

El punto de congelacin es la temperatura a la cual una sustancia establece el equilibrio slido-lquido, y a una determinada presin (suele ser la presin exterior). La disminucin del punto de congelacin de una disolucin ( Tc) , con respecto al punto de congelacin del disolvente puro, est dada por:

Donde:

To Temperatura de congelacin del disolvente puro Ts Temperatura de congelacin de la disolucin m es la molalidad

Kc es la constante crioscpico del disolvente. Tambin se le denomina constante molal del punto de congelacin.

Tanto en esta propiedad, como en la anterior, vulvete a fijar en la ecuacin y date cuenta que depende de "algo" del disolvente (la constante ebulloscpica / crioscpica) y de otro "algo" que mide concentracin del soluto (molalidad).

Ambas ecuaciones (crioscpica y ebulloscpica) no son meramente empricas, se determinan termodinmicamente; y las constantes Kc y Ke son una agrupacin de parmetros del disolvente.

PRESION OSMTICA.

La presin osmtica de una disolucin diluida a temperatura constante es directamente proporcional a su concentracin y a la temperatura absoluta. Esta ley es anloga a la de Boyle-Mariotte y a la de Charles y Gay-Lussac para los gases ideales, por lo que puede emplearse una ecuacin similar.

Si una disolucin y su disolvente puro estn separados por una membrana semipermeable que deja pasar solamente a las molculas de disolvente, el resultado neto es el paso de disolvente a la disolucin. Este fenmeno se denomina smosis.

La presin osmtica, es la presin que se debe aplicar a la disolucin para que no ocurra la smosis. Es decir, el resultado neto no indique paso del disolvente a travs de la membrana semipermeable. Decimos neto porque, como siempre ocurre en Qumica, se trata de un equilibrio dinmico; es decir, constantemente estn pasando molculas del disolvente puro a la disolucin y tambin, viceversa. Cuando se observa microscpicamente, que ha pasado disolvente puro a la disolucin, lo que ha ocurrido es que ms molculas han pasado en este sentido que al revs (de la disolucin al disolvente puro).

La presin osmtica, es la presin que se debe aplicar a la disolucin para que no ocurra la smosis. Es decir, el resultado neto no indique paso del disolvente a travs de la membrana semipermeable. Decimos neto porque, como siempre ocurre en Qumica, se trata de un equilibrio dinmico; es decir, constantemente estn pasando molculas del disolvente puro a la disolucin y tambin, viceversa. Cuando se observa microscpicamente, que ha pasado disolvente puro a la disolucin, lo que ha ocurrido es que ms molculas han pasado en este sentido que al revs (de la disolucin al disolvente puro).

Van"t Hoff determin que para soluciones diluidas, la presin osmtica (P, se suele representar por una pi mayscula ), satisface la siguiente relacin:

= C*R*T

Donde: C = es la concentracin del soluto.

R = es la constante universal de los gases ideales

T = temperatura absoluta

Segn la teora de Vant Hoff., se puede determinar tambin la presin osmtica, teniendo la presin como solvente y la presin de la disolucin (similar a la ecuacin de Gibbs :)

Donde:

p = es la presin de vapor del disolvente puro

p = es la presin de vapor de la disolucin.

Una vez ms, se repite la explicacin intuitiva. Siempre es la misma idea: si ocurre la disolucin del soluto en el disolvente es porque ambos prefieren "estar juntos" (ms rigurosamente: su energa se minimiza al interaccionar); por lo tanto, cualquier situacin en la que el disolvente est solo (porque se evapora, o se congela, o porque s) pero puede estar acompaado por el soluto (disolucin), dicho disolvente va a preferir la compaa antes que la soledad y de ah que se evaporan menos molculas (disminucin de la presin de vapor o aumento del punto de ebullicin), o que se congelen menos (disminucin del punto de congelacin), o que las molculas pasen a la disolucin a travs de una membrana (presin osmtica).

c. SOLUCIONES ELECTROILITICAS Y LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS

Cuando se disuelven solutos con carcter inico en agua, se tiene soluciones electrolticas, los cuales tambin tienen variaciones en las propiedades coligativas, estos cambios son intuitivamente similares a las anteriores,solo estn alterados por un factor de correccin i, llamado factor de Vant Hoff ya que es importante el nmero de partculas del soluto disueltos en el solvente (agua).

Vant Holff, observo una desviacin del comportamiento ideal en soluciones de cidos y bases fuertes, de sales y en general en soluciones capaces de conducir la corriente elctrica (soluciones electrolticas). En el caso de estos solutos, especialmente cuando el solvente es agua, se encuentra para las masas moleculares relativas; valores considerablemente menores que los esperados; estos valores disminuyen, aproximadamente a un valor lmite, a medida que decrece la concentracin de la solucin, es decir con el aumento de la dilucin.

Lo mismo se observa cuando calculamos los valores de descenso de la presin de vapor o cualquiera de las otras propiedades coligativas. A fin de conseguir acuerdo entre los valores calculados y experimentales debemos obtener el factor de correccin. Este factor, se define como la relacin entre el valor experimental o real y el terico o esperado. De este modo, si Pexp representa el valor experimental y Pteor es el valor esperado o terico del descenso de la presin de vapor para una solucin de comportamiento ideal, por definicin se tiene el factor i:

Las propiedades coligativas alteradas por el factor i :

P = i. X2 .p1

= i.C*R*T

En el caso de sales como NaCI, KNO3, MgSO4, etc. formadas por dos radicales, el valor i de van't Hoff tiende hacia un valor lmite de 2 en soluciones diluidas; para sales constituidas por tres radicales como K2SO4, CaCl2, Na2SO4, etc. el valor i se aproxima a 3 a medida que la concentracin decrece. Estos valores podemos observarlos en el grfico 01.Para estas propiedades, encontramos aplicaciones en la vida diaria. En la mayora de las recetas de cocina en las que hay que hervir agua, hay que aadir sal. Pues bien, si aades la sal desde el principio, va a tardar ms en hervir el agua que si slo pones agua. Por qu? Porque si has aadido la sal, no ests hirviendo agua sino una disolucin acuosa de un electrolito (otra vez el NaCl), y su punto de ebullicin es mayor; por lo tanto se necesita ms energa (calor), ms tiempo, para alcanzar la temperatura de ebullicin.

Grfico 01 Valores ideales (Calculados) y reales (Observados) del factor de vant HoffDe nuevo, la explicacin intuitiva, y en lenguaje coloquial, es sencilla: cuando un lquido se solidifica (o congela, es lo mismo siempre que la presin y temperatura normal la sustancia sea lquida) lo que ocurre es que las molculas interaccionan ms fuertemente; si aado un soluto y se disuelve, significa que las molculas de disolvente y soluto estn interaccionando y estn "ms a gusto" juntas que separadas. Por tanto, el disolvente prefiere quedarse "lquido" junto al soluto, que "solidificarse" l solo. Ya sabes que si estamos hablando de solutos electrolticos, la ecuacin tienes que multiplicarla por i (Factor de Correccin de Vant" Hoff, antes explicado) ya que es importante el nmero de partculas de soluto.

Esta propiedad coligativa es el fundamento de echar sal al suelo cuando nieva o hiela. Lo que estamos haciendo es aadir un electrolito (NaCl) al agua, de forma que la disolucin resultante congela a menor temperatura que el agua (hielo o nieve) inicial.

Estas propiedades la conocen bien los mdicos, tecnlogos y veterinarios. Cundo?; por ejemplo: cuando inyectan suero fisiolgico a sus pacientes ya que si no tienen cuidado con la concentracin de este, al introducirse en la sangre puede provocar que los glbulos rojos se "hinchen" o "arrugen" ( por paso de agua de un medio a otro) y este fenmeno no es nada bueno para el susodicho paciente.

Debido a las concentraciones, se pueden indicar, soluciones isotnicas son aquellas que tienen igual concentracin, y se dice soluciones hipertnicas cuando est ms concentrada y la ms diluida se le denomina una solucin hipotnica.

En la conservacin de alimentos es un proceso ahorrativo, es por ello que la concentracin por osmosis de la azcar en diferentes frutos es importante; puesto que el azcar es en parte el responsable de la muerte de las bacterias que pueden ser causa del botulismo (Clostridium botulinum) La presin osmtica es el principal mecanismo de ascensin del agua en las plantas, como las hojas de los rboles constantemente liberan agua al aire, en un proceso denominado transpiracin, aumentan las concentraciones del soluto en los fluidos de las hojas. El agua es impulsada a travs del tronco, las ramas ms altas de las secuoyas de California, que llegan a medir un promedio de 120 m de altura.

3.3 SOLUCIONES ELECTROLTICASSiguiendo los trabajos de Humphrey Davy, sobre electrolisis de metales, en 1834, Michael Faraday, inici el estudio de la conduccin elctrica en las soluciones acuosas de sales. Faraday llam aniones, a los iones que se mueven hacia el nodo, y cationes a los que se mueven hacia el ctodo, y a las sustancias que conducen la corriente, electrolitos.

Figura 18. Iones Positivos (cationes) y Negativos (aniones)

Las soluciones de electrolticas tienen propiedades coligativas con valores mayores que los correspondientes a su concentracin molar. Los electrolitos son sustancias que en solucin acuosa o como sales fundidas conducen la corriente elctrica. Pueden ser cidos, HCl, H2SO4, CH3COOH, bases NaOH, Ba(OH)2, NH4OH o sales CH3COONa, NaCl (la sal conduce a 802 C porque se funde) Adems, las reacciones de los electrolitos son ms rpidas que las de otros reactivos.

Las soluciones electrolticas se basan tambin en la teora de Arrhenius:

1ro: Muestran propiedades coligativas anlogas, los soluciones son altamente inicos, puesto que generan gran cantidad de cationes y aniones; esto es, tienen un alto grado de ionizacin. Forman electrolitos segn su naturaleza:

a) Electrolitos inicos: los iones ya existen previamente. Ej.: NaCl (Na+Cl-)

b) Electrolitos moleculares: los iones se generan por reaccin con las molculas de disolvente. Ej.: HCl + H2O H3O+ + Cl-Segn el comportamiento elctrico de sus disoluciones se dividen en:

a) Fuertes: la conductividad elctrica es elevada

b) Dbiles: la conductividad es baja.

No obstante, el carcter fuerte o dbil depende de la polaridad del disolvente, puesto que, por ejemplo, un electrolito puede ser fuerte en disolucin polar y mucho ms dbil en una apolar.

Un electrolito es fuerte cuando en solucin se encuentra completamente disociado, mientras que un electrolito es dbil cuando slo est parcialmente disociado. Los electrolitos fuertes son los cidos y bases minerales, con excepcin de los cidos fosfrico y carbnico, y las sales tanto de cidos minerales como orgnicos. Son electrolitos dbiles los cidos carboxlicos y las bases orgnicas, todo enlace covalente y xidos no son buenos conductores de la corriente elctrica. 2do: Tanto las soluciones acuosas o fundidas conducen la corriente elctrica, estos se clasifican en la estructura del electrolito verdaderos y de electrolitos potenciales.

Los electrolitos verdaderos, estn formados por iones en estado puro, la mayor parte de estos electrolitos son las sales haloideas y sales oxisaleses. Las cuales al tener contacto con el agua se solvatan*.

*SOLVATACIN: Nos indica que en la disolucin cada in est rodeadote una en soltura formada por unas pocas molculas del disolvente. Cuando el disolvente es agua, la solvatacin recibe el nombre de hidratacin.

Los electrolitos Potenciales, estn formados por molculas sin carga en estado puro, pero cuando se disuelven parte de el reaccionan qumicamente con el disolvente dando iones. Eljemplo:

CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO

Ac. Actico agua in hidronio in acetato

Diferenciando en estado lquido puro un electrolito verdadero es un buen conductor de la electricidad, en cambio un electrolito potencial es un mal conductor en estado puro; pero si se va disolviendo estos conducen la corriente elctrica con una baja intensidad.

3ro: Las reacciones qumicas entre electrolitos fuertes, tienen lugar a reaccionar con gran rapidez y forman precipitados. Ejemplo:

AgNO3 + HCl AgCl(pp) + HNO33.4 ELECTROQUMICAEn la naturaleza pueden existir lugares en los cuales coexisten cargas inicas (aniones y cationes), y estn confinadas en espacios especficos opuestos. Estas zonas polarizadas tambin pueden ser producidas experimentalmente al introducir elementos de perturbacin. Son posibles encontrar cuatro formas de estas zonas polarizadas todas ellas separadas por una frontera interfase polarizada:

Conductor elctrico solucin inica

Solucin acuosa inica solucin orgnica inica

Membrana semipermeable solucin

Micro estructuras metlicas medio ambiente

Al poner en contacto dos fases inicas pueden formarse, de manera espontnea inducida externamente, la interfase polarizada electrodo, es la operacin que constituye la base de la experimentacin de la electroqumica.

Los electrolitos en solucin, se dividen en iones de signo contrario, la carga de cada in es igual a su valencia y el nmero total de cargas positivas y negativas en la solucin son iguales. En los compuestos inicos los iones existen en todo momento, an en estado slido, por eso, cuando se funden los cristales inicos, los iones tambin quedan libres para conducir la corriente. Al disolverse en agua los iones se separan de la red cristalina y, se hidratan, son rodeados por molculas de agua, entonces cada in queda como una partcula individual.

Una vez que tenemos localizado l interfase cargada electrodo es posible definir a la reaccin electroqumica como la transformacin de la materia por transferencia de carga interfacial. La transformacin puede ser simplemente un cambio del potencial qumico y electroqumico, y por ende en su reactividad, como el caso de las reacciones electroqumicas que ocurren en la transferencia lquido-lquido, cuando la especie cambia de estado de solvatacin.

En efecto en el caso de los electrodos lquido-lquido los iones cruzan la interfase y la transferencia de carga se realiza por medio de la migracin inica. En estos casos las reacciones electroqumicas no involucran cambio de estado redox.

Cuando la especie qumica no puede traspasar la interfase entonces la transferencia de carga se lleva a cabo por transferencia de electrones provocando un cambio en el estado de oxidacin de dicha especie; en estos casos en el electrodo se lleva a cabo una reaccin electroqumica redox.

La transferencia de electrones requiere de dos electrodos toda vez que en uno de ellos la especie qumica deposita los electrones al conductor oxidndose y en el otro electrodo otra especie toma los electrones reducindose. El electrodo donde ocurre la electro-oxidacin se conoce como nodo y el otro donde ocurre simultneamente la electro-reduccin se conoce como ctodo.

Las reacciones electroqumicas en micro estructuras son nicas de los metales y son reacciones de transferencia de electrones por lo que ciertos puntos localizados del metal se oxidan y en otros puntos localizados ocurre la reduccin de componentes del medio (agua, oxgeno) fenmeno conocido como corrosin metlica electroqumica.

El la siguiente figura, se muestran dos diferentes reacciones electroqumicas que ocurren en electrodos conductor solucin y en electrodos de interfase lquido lquido.

Celdas electrolticas

Si las reacciones electroqumicas ocurren espontneamente son pilas bien conectadas a sistemas que bombean electrones, son bateras fuentes de poder, para forzar a que la reaccin ocurra. Las celdas en las cuales las reacciones electroqumicas ocurren de manera espontnea se conoce como celdas galvnicas y aquellas que no ocurren espontneamente y necesitan de energa elctrica externa para llevar a cabo, se conoce como celdas electrolticas.

En solucin acuosa el NaCl se descompone:

3.5 LEY DE FARADAYMichael Faraday (1834) estudi la relacin cuantitativa entre la cantidad de corriente que se usa en la reacciones electrolticas (electrlisis) y el volumen de la reaccin que se produce.

1ra. Ley: La masa de un elemento transformada en una electrlisis es independiente de la composicin qumica del electrolito, siempre que el estado de oxidacin del elemento sea el mismo. Ejemplo: CuSO4, Cu(NO3)2Las masas de distintos elementos transformadas en un mismo circuito electroltico son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes qumicos.

La masa de un elemento depositado o disuelto en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circul en la celda, esto es :

m= k.Q

Donde : k es el equivalente electroqumico

Q es la carga elctrica que circula en la celda.

Aplicando estas definiciones elctricas y qumicas tenemos:

Esta primera ley, permite calcular, la cantidad de electricidad (en coulombios o faraday) para depositar un equivalente gramo de una sustancia.

La unidad elctrica que se emplea en fsica es el coulomb (C). Un coulomb se define como la cantidad de carga que atraviesa un punto determinado cuando se hace pasar un ampere (A) de corriente durante un segundo.

Intensidad (A) = Coulombios = Amperios x segundos

Ejemplo: Calcular el equivalente electroqumico del in frrico (Fe+++)

Ejemplo: Calcular el nmero de coulombios necesarios para depositar en el ctodo 30 g de plata, cuando se hace pasar una corriente de 3 amperios a travs de una solucin de AgNO3.

Clculo del equivalente qumico:

Si 96.500 coulomb depositan 107,8 g/Equi-g, 30 gramos de plata cuantos coulombios requiere.

Clculo de la electricidad empleada: 2da Ley: Es una generalizacin de la 1ra Ley.Si varias cubas elctricas, conectadas en serie, conteniendo sendas soluciones elctricas y son atravesadas por la misma cantidad de electricidad, entonces los pesos masas de las sustancias depositadas liberadas en los electrodos, son proporcionales a los pesos equivalentes de los respectivas sustancias. Esto es :

Esta ley permite calcular la masa de diferentes sustancias depositadas por la misma cantidad de electricidad. La cantidad de elemento depositado por un Faraday (96.500 C) se conoce como equivalente electroqumico.

Ejemplo: Calcule la cantidad de cobre que se depositar al hacer pasar una corriente de 100 Amperes durante 20 minutos por una solucin de sulfato cprico (CuSO4). Peso atmico del Cu = 63,54 g.Clculo del Equivalente qumico:

Clculo de la cantidad de electricidad empleada:

Q= Axt

Q = 100 Amperes x 1.200 segundos = 120.000 coulombios.

Clculo de la cantidad de cobre depositado:

Las dos leyes de Faraday se cumplen para los electrolitos tanto fundidos como en solucin. Su validez no se altera por variaciones de temperatura, presin, naturaleza del solvente y del voltaje aplicado.

Aplicaciones tecnolgicas de los procesos electroqumicos: Los procesos electroqumicos se emplean en la produccin y purificacin de diversos metales. Tambin se utiliza en la galvanoplastia que se basa en procesos de electrolisis para recubrir un metal con otro. La galvanoplastia se aplica en joyera para recubrir con plata u oro diversas prendas y joyas; cucharas, tenedores, jarras y otros utensilios que son moldeados en metales de bajo costo para luego ser cubiertos por una delgada capa de un metal ms atractivo y resistente a la corrosin, como el oro o la plata.

La galvanoplastia se utiliza tambin para proteger tuberas o tanques por lo cual se les denomina galvanizados, ya que estn recubiertos con metales que evitan la accin corrosiva del aire y el agua. La corrosin consiste en la oxidacin del metal y es producto de reacciones de xido reduccin.

PROBLEMAS DE APLICACIN

1. La solubilidad del CO2 en el agua a 25 C y 1 atm es 0,034 mol / L. Cul es la solubilidad en condiciones atmosfricas? Si la presin parcial del gas en el aire es 0,030 atm.

2. Determinar la concentracin en g / L del O2 disuelto en agua a 20 C, donde la presin del O2 es 320 mmHg ( Pv(18C) = 18,3 torr) y la concentracin inicial es 1,26x10-3 mol / L a 1 atm.

3. El bromo benceno se destila por arrastre de vapor a 95 C a una presin externa de 1 atm. A esta temperatura su presin de vapor es de 285 torr. Calcular la cantidad de agua que se tendr que destilar para efectuar la purificacin de 12 g del bromo benceno.

4. La presin del benceno es 100 mmHg a 26,1 C. Calcule la presin de vapor de una disolucin que contiene 24,6 g alcanfor (C10H16O) disuelto en 98,5 g de benceno. ( El alcanfor es un slido de baja volatilidad).

5. Las presiones de vapor del etanol y del 1-propanol a 35 C son 100 torr y 37,6 torr respectivamente. Suponga un comportamiento ideal y calcule las presiones parciales de ambas sustancias a 35 C, sobre una disolucin de etanol en 1- propanol, en la que fraccin molar del etanol es 0,35. Grafique los resultados para el estado lquido y del vapor.6. El anlisis elemental de un slido orgnico extrado de la goma arbica muestra que contiene 40% de C, 6,7 % de H y 53,3 % de O. Una disolucin de 0,65 g del slido en 27,8 g del disolvente bifenilo dio un depresin en el punto de congelacin de 1,56 C. Calcule la masa molar y la frmula molecular del slido( Kf (bifenilo)= 8,00 C/m)7. Calcular los puntos de congelacin y de ebullicin para cada una de las soluciones siguientes: (a) 9,00 g de glucosa en 220 g de agua, ( b) 3,5 g de cido benzoico en 120 g de benceno.

8. Calcular el punto de congelacin del plasma sanguneo a partir del hecho de que su presin osmtica es de 7,65 atm a 37 C.

9. Se tiene 3 L de una solucin de dextrosa en agua. Su presin osmtica es de 1,5 atm a 27 C. Qu cantidad de agua habra que quitar de esta solucin para que la presin osmtica aumentase a 2 atm a esta temperatura?

10. Acomode las siguientes disoluciones en orden decreciente de punto de congelacin y explique sus argumentos : HCl 0,5 m, glucosa 0,5 m y cido actico 0,5 m.

11. A 25 C la presin de vapor del agua pura es 23,76 mmHg y la del agua de es 22,98 mmHg. Suponiendo que el agua de mar contiene slo NaCl, calcule su concentracin en unidades de molalidad, y molaridad.

12. Las presiones osmticas de las disoluciones 0,01 M de CaCl2 y urea, a 25 C, son 0,605 atm y 0,245 atm, respectivamente. Calcule el factor de Vant Of. Para la disolucin de CaCl2.REVISIN BIBLIOGRAFICA

1. Raymond Chang. QUIMICA. Edit. Mc Graw Hill. Cuarta edicin. Mjico 1997.

2. F. Daniels y R. Alberty. FISICO QUIMICA. Edit. CECSA. Segunda edicin. Mjico 1988.

3. Gilbert W. Castellan. FISICO QUIMICA. Edit. Addison Wesley Longman. Mjoico 1999.

4. http://web.usal.es/~fvelasco/notas/termod4_01.pdf5. http://mtzpz.bankhacker.com/ayuda-ciencia/consulta/Propiedades+Coligativas/CLA. Julio -2008

P y T

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