Compendio 2014 Ii Fisicoquimica Imprimir

 

,. 6ara la rea##%&n %%%J #al#!lar la ar%a#%&n de ener"a %nterna a (8?C Sol!#%&n/ A. @

2 NH 4 Cl( s) → 2 NH 3( g )+ 2 HCl( g) 9 H  f =2 # 176 K2  @

2 NH 3 ( g) → N 2 ( g) + 3 H 2( g ) 9 H  f = 92 K2  @

 N 2( g )+ 4 H 2 ( g) + Cl 2( g ) → 2 NH 4 Cl( s) 9 H  f =−629 K2  @

Cl2 ( g) + H 2 ( g) → 2 HCl( g ) 9 H  f =−185 K2 

+. 9 H = 9 : + 9nRT 

−629 =9 : + (−6 ) 8,31 ¿

298 3

10

9 : =−614,14 K2 

Determ%ne 9. Determ%n e el #alor de $orma#% $orma#%&n &n de la I$r!#t! I$r!#t!osa osa se" se"ún ún la re rea## a##%&n %&n 9 H (

  −fr&(t&osa (s ) + O2( g ) → an)* an)* . (a (ar-o r-on) n)(o (o( g) + ag&a( g)  .−675 K(al / mol 9 Hf CO 2=−94,052 K(al / mol 9 Hf a ag& g&a a =−57,798  K(al / mol 57,798 K(al

C!4ntos moles de :%dro"eno 3 #ar,ono son ne#esar%os ara $ormar *80" de 1$r!#t!osa 3 la ener"a re-!er%da ara esta masaE Sol!#%&n/ A

 

6 CO2 + 6 H 2 O → C 6 H 12 O6 + 6 O 2 675 K(al / mol 6 C + 6 O 2 → 6 CO 2 6 (−94,052)

 

6 H 2+ 3 O 2 → 6 H 2 O 6 (−37,798)

@

6 H 2+ 3 O 2 + 6 C → C 6 H 12 O 6 9 H  f =−236,1 K(al / mol @

9 H  f =−236,1 K(al / mol

A,,AM*S E, 2n1  

nC   H  O = 6

12

6

450 =2,5 mol 150

 

1 C 6 H 12 O 6

−236,124  K(al / mol

12,5 C 6 H 12 O 6

Q

4=−590,25  K(al / mol 590,25 K(al

 

nC : nme nmero*e ro*e moles moles ne(esa ne(esar)os r)os para o-tener o-tener 2,5 mo mole less *eC 6 H 12 O6

 

6 C 

nC 

 

nC = 15 mo mole less *eC 

1 C 6 H 12 O6 2,5 C 6 H 12 O6

 

n H  : nme nmero ro *e moles moles ne(esar ne(esar)os )os parao-tener parao-tener 2,5 moles*eC 6 H 12 O6

 

2

6 H 

1 C   H  O

 

2

6

6 n H 2

 

12

6

2,5 C 6 H 12 O6

nC = 15 mo mole less *e H 2

65IM5 BYM D 65OCSO 1 Una m!e m!estr stra a de +8" de meta metano no o#! o#!a a 1('+ 1('+ dm dm 7 a 710 L. NaJ Cal#!le el tra tra,a ,a@o @o e$e e$e#t! #t!ado ado #!a #!ando ndo el "as se e< e −1 V 0=m

 RT   P

V 0=1 $g

 0,3 $2 / $gK# 273 K  101325 Pa

V 0=0,81 m

3

> 

 P1 V 1 = P2 V 2 V   P1 =( 2 ) V 1  P2

> 

> 

1 / > 

 P1 V 2=( P ) 2

. V 1

 

1 / 1,24

 1 V 2=( ) 12

.0,81 3

V  =0,11 m 2

; a* =

1 atm ( 0,81 L )−12 atm ( 0,11 L ) 0,24

; a* =51,43 (al

,J   V 2=0,11 m T 1 T 2

=(

V 1 V 2

3

> −1

) 0,24

273 K =( 0,81 ) T 2 0,11

T 2 =169,07 K 

7. a temera temerat!ra t!ra de 8 L" de n%tr&" n%tr&"eno eno "aseoso "aseoso se elea elea desde desde 10?C a 170?C a res%&n #onstante 8 6a' l!e"o or !n ro#eso %som2tr%#o se en$ra a la temerat!ra %n%#%al 3 retorna a s! estado %n%#%al or !n ro#eso %sot2rm%#o. Cal#!lar/

a. a #ant%da #ant%dad d de #alor ne#esar% ne#esar%o o ara #ada ro#eso ro#eso'' el %n#reme %n#remento nto de ener"a %nterna 3 el tra,a@o e * 9>)*+2' ;7rimer 9>)*+2'  ;7rimer 7rincipio de la 3ermodin$mica?% 7or otra parte, cuando estudiemos cuando estudiemos por e&emplo e&emplo una trans#ormaci" trans#ormaci"nn macrosc"pica, macrosc"pica, s"lo puede puede tener lugar si -' *)@5' &*- 6);2*+> '67*) * @>;(-* @+>9*> '-46)> 96?> );9> +*6-+ &*&* 6) 96*+@> +5> ' > 7 9'-;*)+&*)  *- 4+'&> &* >+4');'9;) &* 6) ; >96++;+. El proceso !ue e#ectuamos con nuestra ca&a de canicas #ue un proceso no reversible, en donde una ve0 terminado, el orden !ue ab(a en las condiciones iniciales del sistema ya nunca volver$ a establecerse% El estudio de este tipo de procesos es importante por!ue en la naturale0a todos los procesos son irreversibles% TERCERA: L' *)@5'  -' *)*+45' /4':

TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La tercera de la termo, se basa en el S73, donde la entrop(a depende de la temperatura absoluta es as( para los s"lidos en su trans#ormaci"n #(sica, a presi"n constante desde el cero absoluto absoluto asta una temperatura temperatura menor a la #usi"n. SÓLIDO    P

Sabemos !ue.

Donde.

SÓLIDO  T   P

donde. d7 J *

 

Entonces. La 3L3, #ue propuesta por 3%F% Ricard en +*) y luego propuso F% Nernst y completamente desarrollada y aplicada a los problemas !u(micos por G%N% Le]is, indicaron !ue para toda sustancia pura per#ectamente cristalina S *J*, esto nos indica el cero absoluto% 7or lo tanto.

Aplicando esta ecuaci"n, ecuaci"n, para el cambio de esta estado do de #usi"n a vapori0aci"n.

ENTROPIAS DE ALGUNAS SUTANCIAS S@S3ANCIAS

S 2KT S@S3ANCIAS

S 2KM

C;S?

 

*,)>

:)O;L?

 

,+

M;S?

 

=,=*

C):*

:);G?

 

+,+>

S . EN3RO7IA ES3`NDAR ; )< C?

 

LÍQUIDOS Los l(!uidos, como los s"lidos, son incompresible, de #orma !ue su volumen no cambia% Los s"lidos tienen #orma y volumen de#inido, en cambio los l(!uidos no tienen una #orma #i&a, sino !ue se adapta al recipiente !ue lo contiene, manteniendo siempre una super#icie superior ori0ontal%

 

9?

En el l(!uido, los $tomos y mol/culas no est$n unidos tan #uertemente como en el s"lido% 7or eso tienen m$s libertad de movimiento y, en lugar de vibrar en un sitio #i&o, se pueden despla0ar y moverse ;#luidos?, pero siempre se despla0an y mueven una mol/cula  &unto a otra, sin separarse demasiado% Es como si estuvieran bailando, de #orma !ue se pueden mover, pero siempre cerca una de otra% En la super#icie super#icie del l(!uido, las mol/culas mol/culas !ue lo #orman se escapan escapan al aire, el l(!uido se

evapora% evap ora% Si el recipiente !ue contiene el l(!uido l(!uido est$ cerrado, cerrado, las mol/culas mol/culas !ue se an

 

evaporado pueden volver al l(!uido, y se establece as( un e!uilibrio termodin$mico, de #orma !ue el l(!uido no se pierde% Si el recipiente est$ abierto, las mol/culas !ue escapan del l(!uido al aire son arrastradas por /ste y no retornan al l(!uido, as( !ue la masa l(!uida acaba por desaparecer% Es por esto !ue las ropas se secan y m$s r$pidamente cuanto m$s viento aya, ya !ue el viento ayuda a arrastrar las mol/culas !ue se an evaporado%

CARACTERÍSTICAS DE LOS LIQUIDOS •

Las mol/culas en los l(!uidos est$n relativamente cercas una de otras por #uer0as internas llamadas #uer0as de 4an der Faals yKo puentes de idr"geno%

•

3ienen m$s #uer0as de atracci"n !ue los gases

•

7oseen movimiento de traslaci"n ; propiedad de #luide0?

•

Los materiales l(!uidos no los podemos coger con las manos%

•

Los Los l(l(!u !uido idoss no tiene tienenn #o #orm rmaa prop propia ia,, toma tomann la #o #orm rmaa de dell recip recipie iente nte !ue !ue los los contiene%

•

La super#icie de un l(!uido en contacto con el aire recibe el nombre de super#icie

libre del l(!uido%

 

•

Los l(!uidos son !ue no se pueden comprimir ni se pueden epandir ;estirar?%

•

3ienen volumen de#inido, pero no una #orma de#inida%

•

7osee una densidad relativamente m$s grande !ue los gases y menor !ue los s"lidos%

•

7oseen una #ricci"n interna entre sus mol/culas ;viscosidad?

•

Sus calores espec(#icos son m$s altos !ue los s"lidos%

•

Al au aume ment ntar ar la temp temper erat atur ura, a, las las mol/ mol/cu cula lass de los los l(!u l(!uid idos os ti tien enen en mayo mayorr movimientos interno ;velocidad?, /sta caracter(stica nos permite anali0ar los #en"menos de vapori0aci"n ;presi"n de vapor ?

•

La

entrop(a de los l(!uidos es mayor !ue los gases y menor !ue los s"lidos% La vapori0aci"n en los l(!uidos a C%N%, se pueden observar procesos espont$neos " no espont$neos, esto depende del estudio eclusivamente de la energ(a libre de Gibbs ;S73?,!ue permitir$ determinar las propiedades de los l(!uidos como . 7resi"n de vapor, 3ensi"n Super#icial y 4iscosidad%  

'. PRESIÓN DE VAPOR

 

La presi"n de vapor de los l(!uidos es una de las propiedades m$s adecuadas para el conocimiento de lo !ue es el estado l(!uido, esta propiedad se encuentra de#endida como la presi"n del vapor !ue produce el e!uilibrio entre el vapor y el l(!uido% Esto ocurre cuando un l(!uido se evapora dentro de un espacio de proporciones limitadas, por !ue en el momento !ue se da la vapori0aci"n aumenta el n'mero de mol/culas en estado de vapor y provoca un aumento en la presi"n e&ercida por el vapor% Esta presi"n se debe a los co!ues de las mol/culas !ue la #orman contra las super#icies !ue lo est$n limitando% 7ero cuando estas mol/culas gaseosas cocan contra la super#icie del l(!uido !ueda in#luenciada por las #uer0as atractivas de las mol/culas del l(!uido y !uedan retenidas all( #ormando otra ve0 parte del l(!uido%

La presi"n de vapor en un sistema cerrado, es en si, el e!uilibrio entre el estado l(!uido y la #ase de vapor a una determinada temperatura, la cual debe ser constante% Este e!uilibrio nos indica !ue la rapide0 de vapori0aci"n y de condensaci"n en los l(!uidos son iguales, por lo tanto se encuentra en un e! e!uil uilibr ibrio io din$mi din$mico% co% 3ermod 3ermodin$ in$mic micame amente nte se indica indica dGJ* dGJ* ;energ ;energ(a (a libre libre de Gibbs? esto es.

[G 4A7OR Q [G L6@IDO J * entonces. [G 4A7OR J [G L6@IDO

 

Aplicando. dGJ4d7 Q Sd3 4v%d7 Q Sv%d3 J 4L%d7 Q SLd3  Se tiene la ecuaci"n  ecuaci"n  C-'6;6C-'@* C-'6;6C-'@*+>)8 +>)8 do dond ndee -a presi"n de vapor de un l(!uido aumenta con la temperatura en una #orma no lineal% Se obtiene una relaci"n lineal cuando se gra#ica en un papel semi logar(tmico cuya modelaci"n es.

Integrando.

3enemos.

"

  Esta ecuaci"n ace posible calcular el calor de vapori0aci"n de un l(!uido midiendo su presi"n de vapor a varias temperaturas y gra#icando los resultados para obtener la pendiente de la l(nea%  

(. TENSIÓN SUPERFICIAL La tensi"n super#icial super#icial es la resistenci resistenciaa de un l(!uido l(!uido a dispersarse dispersarse y aume aumentar ntar su $rea de super#icie super#icie%% Es causada causada por las di#erentes #uer0as intermolecular intermoleculares es eperimentadas por las mol/culas en el interior de un l(!uido y en su super#icie%

 

Las mol/culas en el interior del l(!uido est$n rodeadas y eperimentan #uer0as intermoleculares m$imas, mientras las !ue se encuentran en la super#icie tienen pocas mol/culas vecinas y sienten #uer0as d/biles por lo tanto las mol/culas de la super#icie son menos estables y el l(!uido tiende a minimi0ar su n'mero maimi0ando el $rea de super#icie% La tensi"n super#icial al igual !ue la viscosidad es mayor en l(!uidos !ue poseen #uertes #uer0as intermoleculares% Ambas propiedades son dependientes de la temperatura por!ue las mol/culas a mayor temperatura tienen mayor energ(a cin/tica para contrarrestar las #uer0as de atracci"n !ue las mantiene unidas% Este #en"meno tiene importantes aplicaciones pr$cticas, en el estudio de la !u(mica macromolecular, en la concentraci"n de los metales por #lotaci"n, en bacteriolog(a, etc% Eisten varios m/todos para medir la tensi"n super#icial entre ellos tenemos. Ascenso capilar, tamaBo de las gotas, presi"n de burbu&as, desprendimiento del anillo, etc%

 

  La #uer0as de interacci"n, acen !ue las mol/culas situadas en las proimidades de la super#icie libre de un #luido eperimenten una #uer0a dirigida acia el inte interi rior or del del l(!u l(!uid ido% o% Como Como todo todo sist sistem emaa mec$ mec$ni nico co ti tien ende de a adopt doptar ar espont$neamente el estado de m$s ba&a energ(a potencial, se comprende !ue los l(!uidos tengan tendencia a presentar al eterior la super#icie m$s pe!ueBa posible% Se puede determinar determinar la tensi"n super#icial super#icial " la energ(a super#ic super#icial ial debida a la coesi"n mediante el dispositivo !ue se muestra en la #igura, donde una l$mina de &ab"n !ueda aderida a un alambre doblada en doble $ngulo recto y a un alambre desli0ante A1% 7ara evitar !ue la l$mina se contraiga por e#ecto de las #uer0as de coesi"n, es necesario aplicar una #uer0a 5 al alambre desli0ante%

 

La #uer0a 5  es   es independiente de la longitud   de   de la l$mina% Si despla0amos el alambre desli0ante una longitud [ , las #uer0as eteriores an reali0ado un traba& trab a&oo 5 [ , !ue se abr$ invertido en incrementar la energ(a interna del sistema% Como la super#icie de la l$mina cambia en [A J )d [  ;el   ;el #actor ) se debe a !ue la l$mina tiene dos caras?, lo !ue supone !ue parte de las mol/culas !ue se encontraban en el interior del l(!uido se an trasladado a la super#icie reci/n creada, con el consiguiente aumento de energ(a% energ(a % Si llamamos llamamos a 8 9 la tensi"n tensi"n super#ic super#icial ial a la #uer0a #uer0a por por unidad unidad de longitud, longitud, se se veri#icar$ la epresi"n siguiente.

La tensi"n super#icial depende de la naturale0a del l(!uido, del medio !ue le rodea y de la temperatura% En general, la tensi"n super#icial disminuye con la temperatura, ya !ue las #uer0as de coesi"n disminuyen al aumentar la agitaci"n t/rmica% La in#luencia del medio eterior se comprende ya !ue las mol/culas del medio e&ercen acciones atractivas sobre las mol/culas situadas en la super#icie del l(!uido, contrarrestando las acciones de las mol/culas del l(!uido% (.! D*