Energía y trabajo útil III
Energía libre de Gibbs
Práctica #12:
Objetivos:
Durante esta práctica comprenderemos el concept...
compresión de un resorte
Compresión de un resorte
Separación de una mezcla homogénea.
Conceptualmente podemos definir la e...
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Por último, otra causa de formación del agua blanca es el circuito de agua caliente de nuestras
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∆G = ∆H - T∆S
donde T= es la temperatura absoluta
∆H = variación de entalpía
∆S = variación de entropía
Interpretación d...
Función termodinámica Signo Interpretación
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Entalpía Positivo (+)
Reacció...
es curioso como el agua recién salida de la botella del frigorífico que dejamos a medio terminar en un
vaso ahora está rep...
II: Ejemplo de nucleación
Lo mismo que sucede en el caso del azúcar cuando el agua pierde temperatura, pasa con las
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2*. La mayoría de las sales se disuelven fácilmente en el agua, pero en muchas de ellas,
como el caso de la sustancia A, s...
3*. Si tenemos dos sales A y B, cuya solubilidad varía con la temperatura como indica la
figura, podrás decir de ellas que...
4. Dada la gráfica de la variación de la solubilidad de una sal, con la temperatura, en tres
situaciones X, Y y Z, de ella...
6*. Disuelves cierta cantidad de sulfato de cobre(II) pentahidratado (A).Agitas con la
varilla y al cabo de un tiempo la s...
7. Se disuelve cloruro de plata en agua a 25º, hasta que se deposita en el fondo, tal como se
observa en la figura. De est...
a) b) c)
d)
11*. Los estudiantes de física y química, recuerdan a Walter Nernst, por haber enunciado el
tercer principio d...
de aquel. Si el producto de solubilidad de CaF2 es 3.4.10-11
, dirás que su solubilidad en
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a) 0,016 b) 2,...
recibiendo el nombre vulgar de acedera. De ella Wiegleb en 1770 extrajo un ácido que
llamó, por todo lo dicho, oxálico (ox...
gramaticales, de forma y de contenido. Por este motivo debe
considerarse como material en proceso de elaboración, aún no
t...
Fluido
Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un
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dl =dy·da (4)
Igualando estas dos expresiones para dl obtenemos:
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Tomando el límite de ambos lados de la ...
proporcionalidad de la ecuación es la viscosidad absoluta (dinámica), . Así, en términos de las
coordenadas de la figura,...
=1+B du/dy
El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad
aparente puede ...
â CD ROM de Liggett.
â Flujo en tuberías y canales. Rodrigo Cano Gallego.
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  1. 1. Energía y trabajo útil III Energía libre de Gibbs Práctica #12: Objetivos: Durante esta práctica comprenderemos el concepto de energía libre de Gibbs y su función como propiedad de estado. También entenderemos la importancia que tiene dicha variable en los cálculos de los procesos en equilibrio. Podremos experimentar una reacción en el equilibrio y como dicho equilibrio se desplaza por efecto de la temperatura. También, podremos asociar un concepto relativamente abstracto como la energía libre de Gibbs a un fenómeno físico sencillo. Veremos cual es la relación entre la energía libre de Gibbs y un proceso experimental en equilibrio, infiriendo la relación con otros procesos de equilibrio físico y químico. Comprenderemos la relación entre la energía libre de Gibbs y el equilibrio así como la espontaneidad de un proceso. Realizaremos una experiencia de laboratorio para determinar la relación entre el equilibrio de una disolución y la temperatura de dicha disolución. Introducción Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende energía, es decir con una variación negativa de entalpía. Un proceso endotérmico es donde el sistema absorbe calor, durante este proceso fluye calor hacia adentro del sistema desde su entorno. Un proceso que tiene lugar en un sistema que se deja que evolucione por sí mismo. Una vez comienza, no es necesaria ninguna acción desde fuera del sistema para hacer que el proceso continúe. Un proceso no espontáneo no se produce a menos que se aplique de forma continua alguna acción externa. Procesos espontáneos: Evaporización del agua Combustión del papel Degradación de los alimentos Procesos no espontáneos: Transformación del hidrogeno y oxigeno en agua.
  2. 2. compresión de un resorte Compresión de un resorte Separación de una mezcla homogénea. Conceptualmente podemos definir la energía libre de Gibbs como la fracción de variación total de energía que es capaz de efectuar trabajo a... [continua] suscripción Ciencia Nuestra de cada Día La Naturaleza nos sorprende cada instante con multitud de fenómenos que despiertan nuestra curiosidad. La Ciencia Nuestra de Cada Día es un espacio en el que Ángel Rodríguez Lozano nos incita a mirar a nuestro alrededor y descubrir fenómenos cotidianos que tienen explicación a la luz de la ciencia. ¿Por qué sale agua blanca de un grifo de mi casa? Descargar audioFacebookTwitter El agua es transparente pero contiene sustancias disueltas, entre esas sustancias están los gases que componen el aire. En algunas ocasiones, al llenar un vaso con agua del grifo, el aire que hay disuelto en el agua escapa de ella creando burbujas diminutas que le proporcionan un color blanco parecido a la leche. Para comprender bien el fenómeno debemos aclarar algunos conceptos básicos sobre disoluciones. Si echamos una cucharada de azúcar en el agua, y la removemos, se disuelve totalmente hasta desaparecer. Realmente, no desaparece, lo que sucede es que los cristales de azúcar se deshacen y sus moléculas se dispersan entre las moléculas del líquido, decimos entonces que el
  3. 3. azúcar se ha disuelto. Bien pues, en el agua no sólo se disuelven sustancias sólidas como la sal o el azúcar, también se disuelven los gases, de hecho, el agua que bebemos tiene siempre una pequeña cantidad de aire disuelto. Cuando ese aire escapa del agua que la contiene, forma pequeñas burbujas y, cuando esas burbujas son muchas y muy pequeñas, dan al agua ese aspecto lechoso que hemos denominado “agua blanca”. Hay una forma muy simple de curar el agua blanca y volverla de nuevo transparente: sólo hay que llenar el vaso y dejarlo reposar. Si lo observamos detenidamente durante un par de minutos, veremos cómo el agua comienza a hacerse transparente, primero por el fondo del vaso y después, poco a poco, la parte transparente va creciendo hacia arriba a medida que las burbujas de aire suben a la superficie, hasta recuperar la transparencia total. Cuando sucede esto, podemos beber el agua sin problemas, no hay ningún peligro. ¿Y por qué se produce el agua blanca en unas ocasiones y en otras no? Para explicarlo, volvamos al experimento de la disolución de azúcar. Si después de haber disuelto la primera cucharada, continuamos echando poco a poco azúcar en el agua al mismo tiempo que vamos removiendo, observaremos que llega un momento en el que no es posible disolver más; el agua no puede soportar más azúcar disuelto (decimos que la disolución se satura) y todo el azúcar que echamos se va quedando en el fondo. Con el aire sucede lo mismo, la disolución de aire en agua también puede llegar a saturarse, solo que el aire, como es más liviano que el agua, en lugar de acumularse en el fondo, se escapa, bien por la superficie o formando burbujas en el seno del líquido. Ahora bien, la cantidad máxima de gases que el agua líquida puede llevar disueltos depende de dos factores: la temperatura y la presión. Cuanto más fría esté el agua mayor es la cantidad de aire que puede disolverse en ella. He aquí un experimento casero que lo demuestra: pongamos agua fría del grifo a calentar, no hace falta que sea agua blanca, basta agua transparente, veremos como, a medida que sube la temperatura, en las paredes y en el fondo del recipiente se van creando burbujas. Dado que, al estar más caliente, el agua soporta menos aire disuelto, irá expulsando el aire que le sobra y éste se acumula en burbujas, lo mismo que el azúcar se queda en el fondo de vaso en una disolución saturada. A mayor temperatura, las burbujas crecen en número y en tamaño hasta que el agua entra en ebullición (a 100ºC a presión atmosférica normal). En ese momento, el líquido ya ha expulsado todo el aire que tenía disuelto y el agua comienza a convertirse en un gas, a partir de ahí las burbujas que se forman no son de aire sino de vapor de agua y el líquido comienza a hervir. La presión también tiene un papel importante en la formación del agua blanca. Si aumenta la presión del agua, el aire tiene más dificultades para escapar y, si la presión disminuye, el aire escapa con más facilidad formando burbujas. Como el agua circula a presión por el interior de las cañerías, al abrir un grifo la presión disminuye bruscamente y ese cambio favorece, en algunas ocasiones, la aparición de las burbujas que producen el agua blanca. ¿En qué circunstancias se produce el agua blanca o lechosa? Existen varias posibilidades: El agua de consumo se suele extraer de acuíferos profundos, suele estar muy fría y con una gran cantidad de aire disuelto. En ciertas épocas del año, especialmente en primavera y verano, el agua es bombeada hasta tuberías cercanas a la superficie, éstas se encuentran en un ambiente más cálido y el agua se calienta. Como por el interior de las tuberías el agua circula a presión, el aire en exceso no se libera hasta que abrimos el grifo. Al abrir el grifo, la presión baja bruscamente, el aire sobrante se libera formando pequeñas burbujas que se mueven por todo el líquido y el agua se vuelve blanca. Otro momento en el que suele formarse el agua lechosa tiene lugar cuando la compañía de abastecimiento de aguas corta el suministro para trabajar en las tuberías de distribución. Al cortar el flujo de agua, el aire entra libremente por las cañerías, después, cuando se restaura el servicio, una parte del aire se disuelve en el agua al ser arrastrado por ella. Una vez más, al abrir el grifo, la presión se libera y el aire forma burbujas que le dan al agua un aspecto lechoso. Esto puede suceder en cualquier momento y el efecto puede durar varios días, incluso varias semanas.
  4. 4. Por último, otra causa de formación del agua blanca es el circuito de agua caliente de nuestras casas. Cuando abrimos el grifo del agua caliente, estamos liberando agua que ha ganado mucha temperatura en la caldera y por lo tanto está deseosa de soltar el aire disuelto sobrante. Una vez más, al abrir el grifo la presión disminuye y el agua se carga de burbujas. Esto es muy normal pero no lo vemos porque los grifos suelen llevar unos pequeños difusores en la boca de salida que favorecen que el aire escape a la atmósfera. Si quiere ver agua blanca, quite el difusor del grifo, deje que salga agua muy caliente y llene un vaso. En resumen, si el agua de su grifo sale blanca, déjela reposar, si pasados cinco minutos es transparente, puede beberla sin peligro, si no es así, pregunte en la compañía de suministro porque puede haber algún problema de contaminación, por bacterias o por sustancias ajenas al agua. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS En 1879, JoshiaWillardGibbs, físico de la Universidad de Yale, definió una FUNCIÓN DE ESTADO combinada. Que depende de tres parámetros, la entalpía, la entropía y la temperatura. Conocida también como energía libre de Gibbs. ¿Qué indica la energía libre de Gibbs de un sistema y cómo se representa? La energía libre de Gibbs para cualquier proceso nos indica la energía que está disponible para realizar un trabajo útil que puede realizar el sistema sobre los alrededores. Se representa con la letra mayúscula G. ¿Cómo calcular la energía libre estándar para una reacción? La energía libre estándar de formación para un compuesto ∆G° f , es el cambio de energía libre cuando se forma una mol de sustancia a partir de sus elementos en condiciones estándar, o sea a 1 atm de presión y una de temperatura de 298 K (25ºC). Cabe señalar que la energía libre de los elementos y moléculas diatómicas en esas condiciones es cero. La variación de energía libre estándar para una reacción ∆G°r se puede calcular a partir de los valores de ∆G°f de sus reactivos y productos de la siguiente manera: ∆G°r =  n∆G°f(productos) -  m ∆G°f(reactivos) donde = suma de n, m = coeficientes estequiométricos de la reacción La energía libre también se puede calcular a partir de la siguiente ecuación:
  5. 5. ∆G = ∆H - T∆S donde T= es la temperatura absoluta ∆H = variación de entalpía ∆S = variación de entropía Interpretación de los valores de ∆G°r Si el valor de ∆G°r es positivo, la reacción es no espontánea, es decir, no hay energía disponible para realizar trabajo. Si el valor de ∆G°r es negativo, el proceso es espontánea, es decir, hay energía disponible para realizar trabajo. Si el sistema presenta un ∆G° cero, la reacción está en equilibrio. Ejercicios: 1. Calcula la energía libre de Gibbs de la siguiente reacción: H2O2(g) →H2O(g) + ½ O2(g) Si la temperatura es de 25°C, la ∆H°= -106 kJ/mol y ∆S°= 58 J/mol K. ¿La reacción será espontánea? 2. Calcula la energía libre de Gibbs e indica si la reacción es espontánea. A 298 K, el ∆H° = -240.8 kJ/mol y ∆S° = -171.8 J/mol K, son los valores para la siguiente ecuación química: BaO (s) + CO2 (g) → BaCO3 (s) 3. Con la ayuda de tu tabla termoquímica consulta la ∆Gº y calcula la variación de la energía libre e indica si es un proceso espontáneo o no. a)2 KClO3 (s) → 2 KCl ( s) + 3 O2 (g) b)2 CH3OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2 (g) + 4 H2O (l) 4. Predice en los siguientes procesos si aumenta o disminuye el desorden y justifica. a)Cuando un trozo de metal a 150°C se pone en contacto con agua a 40°C b)El vapor de benceno, C6H6(g), a una presión de 1 atm se condensa en benceno líquido en el punto de ebullición, 80°C 5. En el siguiente cuadro se encuentran las funciones termodinámicas que se han estudiado, completa la información:
  6. 6. Función termodinámica Signo Interpretación _________________________________________________ Entalpía Positivo (+) Reacción exotérmica Entropía Aumenta el desorden en el sistema Negativo (-) Energía libre de Gibbs Positivo (+) Reacción espontánea 1. El óxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de calcio, CaCO3, como muestra la siguiente ecuación: CaO (s) + CO2 (g) → CaCO3 (s) a)Calcula la entalpía de reacción e indica si es exotérmica o endotérmica. b)Indica si el orden aumenta o disminuye en la reacción. c)Calcula el valor de la entropía. d)Calcula la energía libre y predice si es la reacción es espontánea o no. 2. El nitrometano, CH3NO2, es utilizado como aditivo en los combustibles de los motores de combustión interna. Es un compuesto muy volátil y en su descomposición en la cámara de combustión proporciona más oxígeno para favorecer la combustión de la gasolina. Si la ∆G°f CH3NO2 (g) = - 6.91 kJ/mol y CH3NO2 (l) = -113.1 kJ/mol, determina si la condensación del nitrometano es espontánea a 40°C y 1 atm. 3. Se tiene la siguiente ecuación química:NO(g) + ½ O2(g) → NO2(g) Y se necesita saber cuál es la temperatura más favorable para obtener el producto. Se tienen dos temperaturas: 25°C y 500°C. a) Calcula los valores de ∆H °r, ∆S°r y ∆G°r a 25 °C. b) Calcular la energía libre de Gibbs de la reacción a 500°C, con la ayuda de tu tabla termodinámica para el NO (g) y si los valores del NO2 (g) son: ∆H °f= 33. 84 Jk/mol; ∆S°f = 240.45 J/molK. Quién no ha tenido una noche vaga en la que no apetecía recoger la mesa y se ha ido directamente a dormir. Seguro que a la gran mayoría le ha sucedido al menos una vez. Al levantarse por la mañana,
  7. 7. es curioso como el agua recién salida de la botella del frigorífico que dejamos a medio terminar en un vaso ahora está repleta de burbujas. ¿De donde salen estas burbujas del agua? I: Vaso de agua La respuesta es tan sencilla como que esas burbujas de aire estaban disueltas en el agua. Al igual que fácilmente podemos disolver cucharas de sal o azúcar en un vaso de agua, otro tipo de sustancias pueden ser disueltas en el agua. En la composición de cualquier agua embotellada podemos encontrar una gran cantidad de sales minerales presentes en distintas proporciones, pero al igual que estos sólidos, otras sustancias gaseosas también pueden estar disueltas en el agua, tal como el oxígeno o el nitrógeno. La solubilidad del agua no es constante, sino que varia tanto con la presión como con la temperatura. De este modo, cuando la presión o la temperatura del agua varían, la cantidad de moléculas de una determinada sustancia que puede tener disueltas varía. Esto es fácilmente demostrable al intentar disolver azúcar en un vaso de agua. Cuanto más caliente esté el agua, más cantidad de azúcar podremos disolver. Una vez tenemos un vaso de agua caliente con tanto azúcar disuelto como podamos, si lo dejamos enfriar, poco a poco podemos observar cómo cristales de azúcar se comienzan a formar. Todo comienza con unas pocas moléculas de azúcar que se quedan pegadas a otras generando las zonas de nucleación. A medida que la cantidad de moléculas unidas se vaya haciendo más grande, serán más las moléculas de azúcar que quedarán cohesionadas, empezando a hacer visibles los cristales de azúcar.
  8. 8. II: Ejemplo de nucleación Lo mismo que sucede en el caso del azúcar cuando el agua pierde temperatura, pasa con las moléculas de aire cuando el agua gana temperatura. Tomando como ejemplo las moléculas de oxígeno, unas se irán juntando a otras creando las zonas de nucleación. La mayoría de ellas, antes de ser visibles saldrán del vaso de agua, pero algunas se quedarán pegadas a las pequeñas imperfecciones del vaso de agua, creando las conocidas burbujas de aire. El mismo principio explica por qué cuando llenamos un vaso con agua del grifo, rápidamente esta se llena de burbujas de aire. En las tuberías, el agua se mantiene, por lo general, algo más fría que a temperatura ambiente, y a mucha mayor presión. Una vez el agua esté reposando en el vaso, habrá perdido toda la presión a la que estaba sometida en las tuberías, y la temperatura aumentará levemente, razón por la cuál comenzarán a aparecer zonas de nucleación, y por lo tanto las burbujas de aire pegadas a las imperfecciones del vaso. Fuentes y más información:  BlunderLab  Air bubbles  Waterbubbles  Nucleación Nota: Si te gustó esta entrada, puedes suscribirte al feed RSS del blog, hacerte seguidor de la cuenta de Twitter, fan de la página de Facebook o añadir la página de Google+ a vuestros círculos. También puedes visitar la galería de fotos históricas en la cuenta de Flickr del blog o la galería de Mapas en Facebook. Otras entradas que pueden resultar interesantes:  Proceso Teller-Ulam: El secreto de la bomba de Hidrógeno  Joseph Priestley: El hombre que descubrió el oxígeno  Arquímedes y el problema de la corona de oro del rey Hierón hare  Menear38
  9. 9.  Twittear16  Compartir en Facebook56  Leer más: http://recuerdosdepandora.com/ciencia/quimica/nucleacioncomo-se-forman-las-burbujas- en-los-vasos-de-agua/#ixzz2wYQsLv51 Under Creative Commons License: Attribution Non-Commercial Share Alike Bi http://recuerdosdepandora.com/ciencia/quimica/nucleacioncomo-se-forman-las-burbujas-en-los- vasos-de-agua/ http://sorprendeteconlaquimica.blogspot.mx/2010/10/energia-libre-de-gibbs.html GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA sección: TEST DE QUÍMICA para imprimir(pdf) volver a inicio SOLUBILIDAD 1. 1*.El cloruro sódico, cuando se disuelve en el agua, sus iones interaccionan con los dipolos del agua, como se observa en la figura. Generalizando cuando una sal se disuelve en el agua, deberá tenerse en cuenta su: a) Energía de red b) Energía de hidratación c) La temperatura del agua d) La cantidad de agua SOLUCIÓN(pdf) para imprimir
  10. 10. 2*. La mayoría de las sales se disuelven fácilmente en el agua, pero en muchas de ellas, como el caso de la sustancia A, su solubilidad aumenta considerablemente con la temperatura, esto se debe a que: a) Su estructura cristalina no es muy compacta b) Tienen muy poca energía de red c) Sus iones tienen una gran energía de hidratación d) Son sustancias no cristalinas
  11. 11. 3*. Si tenemos dos sales A y B, cuya solubilidad varía con la temperatura como indica la figura, podrás decir de ellas que: a) La A es mucho más soluble en la caliente que la B b) Si tenemos una disolución saturada de ambas a 40ºC y enfriamos en el fondo del recipiente se separará prioritariamente A c) Será más fácil de cristalizar A que B d) Será más fácil preparar una disolución sobresaturada con la B que con la A
  12. 12. 4. Dada la gráfica de la variación de la solubilidad de una sal, con la temperatura, en tres situaciones X, Y y Z, de ellas podrás asegurar que: a) Y es una disolución saturada de la misma b) X es una disolución en equilibrio entre fase sólida y fase disuelta c) Z es una disolución que admite más soluto d) Y es una disolución sobresaturada 5*. Se prepara una disolución saturada X de una determinada sal, a 70ºC, con 138g de la misma en 100g de agua (véase la gráfica de la variación de la solubilidad con la temperatura). Después enfriamos hasta los 40º (posición Y), al cabo de un tiempo determinado la disolución alcanza el punto Z de la curva. De estos hechos podrás decir que: a) Y es una disolución sobresaturada b) Y es una disolución saturada c) En Z, se producirá un precipitado de 78g de sal d) En Z existe un equilibrio heterogéneo entre la sal disuelta y sin disolver
  13. 13. 6*. Disuelves cierta cantidad de sulfato de cobre(II) pentahidratado (A).Agitas con la varilla y al cabo de un tiempo la situación se refleja en B. Calientas hasta T2>T1 (C), y después enfrías hasta T1. De todas estas situaciones dirás que: a) B es una disolución no saturada b) C es una disolución saturada c) D es una disolución sobresaturada d) Al cabo de cierto tiempo se producirá un precipitado en D
  14. 14. 7. Se disuelve cloruro de plata en agua a 25º, hasta que se deposita en el fondo, tal como se observa en la figura. De esta situación dirás que: a) Existe un equilibrio homogéneo entre la fase disuelta y la fase sólida b) Predomina la producción de un precipitado de cloruro de plata c) Se produce un equilibrio heterogéneo entre la fase disuelta y la fase sólida d) El precipitado del fondo se disuelve preferentemente 8*. Cuando echas una sustancia sólida y poco soluble, como la cal, en un vaso de precipitados con agua, observas al cabo de cierto tiempo que en el fondo del recipiente queda sustancia sin disolver. En estas circunstancias podrás afirmar que: a) La disolución está saturada de hidróxido cálcico y su concentración en gramos/litro se denomina solubilidad b) Existe un equilibrio heterogéneo entre el hidróxido cálcico disuelto y el del fondo c) Se produce un equilibrio entre el oxido cálcico y el hidróxido cálcico d) La velocidad con que se disuelve el hidróxido es igual a la que le lleva a depositarse en el fondo 9*. Cuando se produce el equilibrio heterogéneo entre una sustancia disuelta y su estado disuelto, tratándose de electrolitos fuertes, lo que ocurre realmente es que: a) Solo ocurre entre especies iónicas y la fase no disuelta situada en el fondo del recipiente b) Se sigue el principio de le Chatelier en su desplazamiento c) La constante de dicho equilibrio se denomina producto de solubilidad d) La solubilidad dependerá solamente de la constante del equilibrio 10. La expresión de la constante del producto de solubilidad de una sal de fórmula general AmBn, será:
  15. 15. a) b) c) d) 11*. Los estudiantes de física y química, recuerdan a Walter Nernst, por haber enunciado el tercer principio de termodinámica, y por sus trabajos sobre pilas electroquímicas, sin embargo lo que no suele saberse es que fue un precursor de la música electrónica, al inventar un piano eléctrico. Definió el producto de solubilidad del que puedes decir que: a) Es la constante del equilibrio heterogéneo en el que se encuentra una disolución saturada b) Es el producto de la concentración de los iones en una disolución saturada de una sustancia c) Siempre se mide en moles/litro d) Sólo depende de la temperatura 12*. Cuando un hidróxido poco soluble, se disuelve en el agua dirás que su pH, dependerá de: a) La solubilidad b) La constante del producto de solubilidad c) La temperatura d) La cantidad de agua 13.El producto de solubilidad de un hidróxido poco soluble depende de a) La solubilidad b) pH c) pOH d) La temperatura 14*. El concepto químico de base, surge por ser estas sustancias la base de la formación de las sales, al combinarse con los radicales ácidos. Sin embargo este concepto ideado por Lavoisier, también abarcaba a numerosos óxidos, como la cal y la barita. Las bases o hidróxidos de los metales alcalinotérreos, son poco solubles, y su producto de solubilidad en disolución acuosa se puede calcular fácilmente si te dan: a) La concentración de los iones metálicos b) El pH de la disolución c) La concentración de la fase sólida d) La constante de equilibrio 15. Ya Basilio Valentino, "cronista químico", del siglo XV, escribía de una piedra que ayudaba a fundir a los minerales. Sin embargo será un médico de las minas bohemias de Joachimsthal, Jorge Bauer, más conocido por "Agrícola", el que describe en su tratado de minería "De re metálica", publicado en Basilea en 1530, este mineral que denomina: Lapis fluor (piedra que fluye). Este mineral que se llamó espato flúor, y después fluorita, tiene como base el fluoruro cálcico, y es el que dará nombre al flúor, que se extrae
  16. 16. de aquel. Si el producto de solubilidad de CaF2 es 3.4.10-11 , dirás que su solubilidad en g/litro será de: a) 0,016 b) 2,04.10-4 c) 1,59.10-2 d) 2.10-2 Masas atómicas: F, 19 / Ca, 40 16. El carbonato bárico tiene un producto de solubilidad, a 25ºC, de 8.1.10-9 , con este dato podrás decir que la normalidad de una disolución saturada de esta sal será de: a) 8.10-7 b)1.8.10-4 c)4,5.10-5 d) 0.9.10-4 17. Preparas una disolución saturada de una sal AB, disolviendo 0.01 g. de la misma hasta obtener un litro de disolución, que a 27ºC presenta una presión osmótica de 3.74 torr. Con este dato podrás asegurar que el producto de solubilidad de la misma será aproximadamente: a) 4.10-8 b)4.10-12 c)4.10-16 d)4.10-4 18*. Los productos de solubilidad de las sales de plata: 1. cromato de plata / 2. yoduro de plata / 3. cloruro de plata, son respectivamente: 4.10-12 , 8.10-17 y 1.10-10 . Con estos datos podrás asegurar que si en un volumen igual disuelves dichas sales hasta formar disoluciones saturadas: a) Habrá más iones plata disueltos en la 1 b) La más insoluble es la 3 c) Si mezclas la 1 y la 2, se producirá un precipitado de yoduro de plata d) Si mezclas la 1 y la 2 se producirá un precipitado de cromato de plata 19*. Las aguas duras, son las que contienen una concentración en iones calcio o magnesio superiores en 60 partes por millón, y son las responsables de que los detergentes formen jabones insolubles, difíciles de arrastrar con agua, y que en las tuberías y lavadoras aparezcan costras sólidas que entorpecen su funcionamiento. Estas costras están formadas fundamentalmente por carbonato cálcico. Si su producto de solubilidad es de 1.7.10-8 , podrás asegurar que para que se produzca, la concentración en iones calcio en moles/litro, tendrá que ser mayor que: a) 0.00010 b)1.3.10-4 c) 0.00013 d) 0.0052 20. Muchos de los primeros ácidos encontrados procedían de extractos de plantas que recibirían nombres relacionados con las propiedades de aquellos, o sea el clásico picor en lengua. Así, existía una planta, llamada arumex acetosa, con estas características,
  17. 17. recibiendo el nombre vulgar de acedera. De ella Wiegleb en 1770 extrajo un ácido que llamó, por todo lo dicho, oxálico (ox=ac).Su nombre sistemático será el etanodioico, precipitando fácilmente de sus sales, si existe el ion calcio, pues el producto de solubilidad del oxalato cálcico es 2,5.10-9 . Con este dato, te será fácil pronosticar que la máxima cantidad de oxalato cálcico que puede existir en un litro de disolución, deberá ser de: a) 64 g b) 5 mg c) 6,4 mg d) 0,5 mg DATOS: C,12; O,16; Ca,40 http://www.heurema.com/TestQ54.htm El agua El aire La gasolina El alcohol La leche Soluciones azucaradas Zumos de frutas clarificados y despectinizados Aceites delgados para motor El vino Los aceites minerales Aceites Vegetales (como el aceite de oliva) Soluciones Puras de Sacarosa Queroseno Benceno Glicerina NEWTONIANOS. Son llamados así después de que Isaac Newton describiera el fluido viscoso. No posee propiedades elásticas, es incomprensible, isotrópico y carece de estructura. La viscosidad de un fluido es una autentica propiedad termodinámicas y varía con la temperatura y presión. Hidrógeno Aceite Aire Gasolina Agua Alcohol etílico Mercurio Glicerina Queroseno Benceno Este artículo se publica con la intención de compartir una recopilación estudiantil que necesariamente está sujeta a correcciones ortográficas,
  18. 18. gramaticales, de forma y de contenido. Por este motivo debe considerarse como material en proceso de elaboración, aún no terminado. Existen algunos líquidos que presentan comportamientos realmente extraños, debidos a la composición química y estructura de las moléculas que lo forman o al tipo de interacción de esas moléculas o partículas con el solvente, cuando se trata de una solución o suspensión. Veremos uno de esos casos, que puede ubicarse dentro del último grupo mencionado. Pongamos en un vaso algunas cucharadas de almidón de maíz (Maicena) y agreguemos agua como para formar una papilla bastante líquida, revolviendo con una cucharita. Ya desde el principio notaremos que no es lo mismo que preparar otras mezclas comunes en la cocina: cuesta bastante mover la cucharita. En realidad, es posible revolver lentamente, pero en cuanto aumentamos la velocidad de agitación, la resistencia al movimiento crece notablemente. Con un movimiento lento no será dificultoso hundir la cucharita hasta el fondo, pero si intentamos un movimiento brusco, se encontrará nuevamente una gran resistencia. Tomemos el vaso con una mano y hagámoslo mover rápidamente en círculos. Si el líquido fuese agua o leche, ya se habría volcado... Pero eso no ocurre con el líquido blanco que preparamos. Otra prueba que demuestra el comportamiento extraño de este líquido consiste en volcarlo a otro recipiente en forma de chorro fino. Veremos que no tenemos un chorro uniforme y perfectamente vertical como ocurriría con el agua, sino que oscila y se mueve como si estuviera bailando... Este comportamiento poco común ubica al líquido que preparamos entre los llamados fluidos no Newtonianos, y a este en particular, entre los fluidos dilatantes. Un sistema con propiedades comparables son las llamadas "arenas movedizas": se trata de una mezcla de arena y agua en la que pueden quedar atrapados animales o personas incautas. También en este caso un movimiento brusco hace que la mezcla se vuelva más rígida, dificultando o imposibilitando los movimientos. Otro fluido no Newtoniano que encontramos en la cocina es el ketchup: generalmente ocurre que al volcar el recipiente de ketchup el contenido no salga, no se vierta. Es necesario agitar fuertemente para que el contenido se vierta con facilidad. Ocurre que la viscosidad del fluido disminuye al agitarlo, promoviendo el movimiento de las moléculas entre sí. Luego de algunos minutos la viscosidad vuelve a aumentar. Ese comportamiento es típico de los llamados fluidos tixotrópicos, y tiene considerable importancia en algunos productos industriales, como las pinturas. En efecto, al pintar con pincel, por ejemplo, se promueve el movimiento de las moléculas entre sí, la viscosidad disminuye y la pintura se extiende fácilmente. Pero la viscosidad debe aumentar rápidamente después de pintar, para evitar las "chorreaduras".
  19. 19. Fluido Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo de corte, por tanto, en ausencia de este, no habrá deformación. Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la relación de deformación. Si se considera un elemento de fluido entre dos placas paralelas infinitas. La placa superior se mueve a una velocidad constante, du, bajo la influencia de una fuerza aplicada constante, dFx. El esfuerzo de corte yx aplicado al elemento de fluido está dado por: yx= limdAy-->0 dFx/dAy = dFx/dAy (1) dondedAy es el área del elemento de fluido en contacto con la placa. Durante el intervalo de tiempo dt el elemento de fluido se deforma de la posición MNOP a la posición M'NOP'. La relación de deformación del fluido está dada por: relación de deformación = limdt-->0 da/dt = da/dt (2) Para calcular el esfuerzo de corte yx, es deseable expresar da/dt en términos de cantidades medibles fácilmente. Esto puede hacerse sin dificultades. La distancia dl entre los puntos M y M' es dl = du·dt (3) o de manera alternativa para ángulos pequeños,
  20. 20. dl =dy·da (4) Igualando estas dos expresiones para dl obtenemos: da/dt = du/dy (5) Tomando el límite de ambos lados de la igualdad, obtenemos da/dt = du/dy (6) Por lo tanto el elemento de fluido de la figura cuando se somete a un esfuerzo de corte, experimenta una relación de deformación (relación de corte) dada por du/dy. Los fluidos en que los esfuerzos de corte es directamente proporcional a la tasa de deformación son fluidos newtonianos. El término no newtoniano se utiliza para clasificar todos los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de corte. Fluidos Newtonianos La distinción entre fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos se basa en la diferente relación que existe en unos y otros entre la aplicación de un esfuerzo tangencial y la velocidad con que se deforman. Un fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado. Dicho de otra forma: si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin importar cuán pequeño sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce serán directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad. Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales. Si el fluido de la figura anterior es newtoniano entonces: yx  du/dy Si consideramos la deformación de dos fluidos newtonianos diferentes, digamos glicerina y agua podemos darnos cuenta de que se deformarán a diferentes proporciones ante la acción del mismo esfuerzo de corte aplicado. La glicerina presenta una resistencia mucho mayor a la deformación que el agua y por ello podemos decir que es mucho más viscosa. La constante de
  21. 21. proporcionalidad de la ecuación es la viscosidad absoluta (dinámica), . Así, en términos de las coordenadas de la figura, la ley de viscosidad de Newton está dada para un flujo unidimensional por: yx = ·(du/dy) Las dimensiones de la viscosidad dinámica son [Ft/L2] o en forma equivalente [M/Lt]. En el sistema métrico, la unidad básica de viscosidad se denomina poise (poise = g/cm*s). Fluidos no newtonianos. Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo. Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre yx y du/dy para fluidos independientes del tiempo. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia, el cual se convierte para un flujo unidimensional en yx = k·(du/dy) n donde el exponente n se llama índice de comportamiento del flujo y k el índice de consistencia. Esta ecuación se reduce a la ley de viscosidad de newton para n = 1 y k =  , para un fluido newtoniano. Los fluidos en los cuales la viscosidad aparente disminuye con el aumento de la relación de deformación (n < 1) se llaman seudoplásticos. Es decir con un incremento en la tasa de corte el liquido se adelgaza. Casi todos los fluidos no newtonianos entran en este grupo; los ejemplos incluyen soluciones poliméricas, suspensiones coloidales y pulpa de papel en agua. Si la viscosidad aparente aumenta con el incremento de la relación de deformación (n > 1) el fluido se nombra dilatante; aquí el fluido se engruesa con un aumento en la tasa de corte. Además, existen los llamados materiales lineales de Bingham, donde se presenta un desplazamiento finito para un esfuerzo cortante menor que un valor 1 y para el cual existe un comportamiento viscoso newtoniano cuando el esfuerzo es menor que 1. Para este comportamiento la ecuación correspondiente es:
  22. 22. =1+B du/dy El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la viscosidad aparente puede depender del tiempo. Los fluidos tixotrópicos como tintas de impresor , tiene una viscosidad que depende de la deformación angular inmediatamente anterior de la sustancia y tiende a solidificarce cuando se encuentra en reposo, estos fluidos muestran una reducción de n con el tiempo ante la aplicación de un esfuerzo de corte constante. Los fluidos reopécticos muestran un aumento de n con el tiempo. Después de la deformación, algunos regresan parcialmente a su forma original cuando se libera el esfuerzo aplicado. A tales fluidos se les llama viscoelásticos. esfuerzo cortante du/dy Al modelo de Bingham, que representa aceptablemente bien a las pinturas, barnices y algunos productos alimenticios, corresponde, en el supuesto de flujo dentro de una tubería el desarrollo de un perfil de velocidad "normal" en cercanías de las paredes, donde el esfuerzo cortante es mayor y un perfil completamente plano en cercanía del eje de la tubería donde el esfuerzo cortante se encontraría por debajo de un valor crítico. El modelo pseudoplástico que representa adecuadamente el comportamiento de algunas suspensiones como pulpa de papel, napalm en kerosene, etc. corresponde el desarrollo de un perfil de velocidad aplanado en el centro, semejante a la representación de los perfiles turbulentos. El modelo dilatante que represente el comportamiento de algunas pastas corresponde al desarrollo de un perfil de velocidad cónico. BIBLIOGRAFÍA â Mecánica de fluidos. Irving H. Shames. Pag 15-18.
  23. 23. â CD ROM de Liggett. â Flujo en tuberías y canales. Rodrigo Cano Gallego. â Enciclopedia didáctica ilustrada. Salvat editores. Tomo 2. â Direcciones en Internet: www.pemex.com/r17_17.html www.cueronet.com/terminacion/fisicoquimica.htm www.kokone.com.mx/zona/baba.html www2.ceniai.inf.cu/dpub/innovac/vol5num4/articulo2.htm Juan Camilo Posada ___

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