domingo, 25 de diciembre de 2016

¿Qué es la fisicoquímica?

La fisicoquímica es el estudio de los principios físicos subyacentes que gobiernan las propiedades y el comportamiento de sistemas químicos. Un sistema químico se estudia desde un punto de vista microscópico (se basa en el concepto de moléculas) o uno macroscópico (estudia propiedades de gran escala de la materia sin uso explícito del concepto de moléculas).

La fisicoquímica se divide en cuatro áreas: Termodinámica, Química cuántica, Mecánica estadística y Cinética.

Termodinámica: Es una ciencia macroscópica  que estudia las interrelaciones de las diversas propiedades de equilibrio de un sistema y los cambios en las propiedades de equilibrios en procesos.

Química cuántica: Estudia la aplicación de la mecánica cuántica a la estructura atómica, enlaces moleculares o espectroscopia.

Mecánica estadística: Esta permite saber con más detalle el por qué se cumplen las leyes de la termodinámica, así como calcular propiedades  termodinámicas macroscópicas a partir de propiedades moleculares.

Cinética: Es el estudio de la velocidad de cambios en procesos como por ejemplo reacciones químicas, difusión y flujo de carga en una celda electroquímica.

Los principios de la fisicoquímica proporcionan un marco de referencia para todas las ramas de la química.

Ejemplo.
Los ingenieros químicos predicen la composición de equilibrio de mezclas de reacciones mediante la termodinámica, recurren a la cinética para calcular la rapidez de la formación de los productos y aplican principios de equilibrio de fase termodinámica para diseñar  procedimiento de separación tales como la destilación fraccionaria.





Fuente: Principio de la fisicoquímica, Sexta edición; Iran N. Levine.

sábado, 17 de diciembre de 2016

Gases Ideales

Las leyes de la termodinámica son generales y no se refieren a la naturaleza especifica del sistema en estudio. Antes de ver estas leyes se describirán las propiedades de un tipo particular de sistema, a saber, un gas ideal.


Ley de Boyle: 

Investiga la relación entre presión y el volumen de gases, para una cantidad fija de gas mantenida a una temperatura fija, P, V, son inversamente proporcionales

  • Solo se cumple en gases reales, con desviaciones de la ley que se acercan a cero en el límite de presión cero. 
  • Por lo tanto, un gas consiste en un gigantesco número de moléculas que se desplazan en esencia independientes entre sí. La presión que ejerce el gas de debe a los impactos de las moléculas en las paredes. 
  • La disminución del volumen causa que las moléculas golpeen las paredes más a menudo, lo que incrementa la presión.
  • El límite de la densidad cero (alcanzada cuando la presión tiende a cero o cuando la temperatura tiende al infinito), las moléculas de gas están indefinidamente alejadas más atrás, las fuerzas entre moléculas descienden a cero y la Ley de Boyle se cumple a cabalidad.

Se afirma que el gas se vuelve ideal en el límite de densidad cero.


Ley de Charles:

Midieron la expansión térmica de gases y observaron un aumento lineal del volumen con la temperatura (medida en mercurio) a presión constante y cantidad fija de gas.


  • Un aumento de temperatura significa que las moléculas se desplazan más rápido y golpean las paredes con mayor fuerza y frecuencia. Por lo tanto, el volumen debe incrementarse si la presión se mantiene constante. 
  • La escala de temperatura absoluta de gas ideal: el límite de presión cero, todos los gases manifiestan el mismo comportamiento de temperatura contra volumen a presión constante.
  • NO SE CUMPLE: cuando el volumen es cero, por lo tanto, el gas se condensa y llega a líquido.
Hipotesis Avogadro:
Si P, V, T son la misma para gases distinto, entonces, n debe ser lo mismo siendo esta valido solo si R tiene el mismo valor para todo gas.

Por lo tanto R se convierte en la constante universal.

Concluimos que la ecuación PV=nRT contiene a Boyle, Charles y Avogadro.


Ecuación general de un gas ideal


domingo, 4 de diciembre de 2016

Mezcla de gas ideal

Dalton observo que la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercía si se colocara solo en el recipiente. (Esta ley es precisa solo en el límite de presión cero) si n1 moles de 1 se colocan solo en el recipiente, esto ejercía una presión nRt (donde se asume que la presión es lo bastante baja para que el gas se comporte de manera ideal).

Dalton afirma que:


Tiene sentido a partir de la imagen molecular de los gases, las moléculas de gas ideal no interactúan entre si, por lo que la presencia de los gases 2, 3…. No tienen efecto en el gas 1 y su contribución a la presión es la misma que si solo él estuviera presente. Cada gas actúa de manera independiente y la presión es la suma de las contribuciones individuales. En gases reales, las interacciones intermoleculares en una mezcla difieren de aquellas en un gas puro y la ley de Dalton no se cumple con exactitud.


Ley de Dalton (presiones parciales)


La presión total de la mezcla de gases en el recipientes, es la suma de las presiones que ejerce cada gas individualmente como si se encontrara puro, es decir, la presión total del gas es la suma de las presiones parciales de todo los gases presente en la mezcla.

Se expresa:


Ejemplo: Un recipiente con un volumen de 10L contiene 1 mol de Na y 3 moles de H2 a 298 K. ¿Cual es la presión total en la atmosfera, si cada componente se comporta como un gas ideal?

Según la fórmula cuando dos gases A y B ocupan un recipiente es:

sábado, 3 de diciembre de 2016

Niveles Jerárquicos

Partículas fundamentales:La componen los quarks y los leptones que son los constituyentes fundamentales de la materia. Especie de leptones se unen para formar electrones y protones. La física es la ciencia que se encarga del estudio de este ámbito junto con el nivel atómico y subatómico.

Subatómico: este el nivel más simple de todo y está formado por electrones, neutrones y protones, que son las distintas partículas que configuran el átomo.


Átomo: átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.



Moléculas: consiste en la unión de átomos diferentes para formar, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso (O2), dióxido de carbono (CO2), o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos.



  • Fuerza intermolecular: interacciones que existen entre las moléculas conforme a su naturaleza. Generalmente la clasificación es hecha de acuerdo a la polaridad de las moléculas que están interaccionando, o sobre la base de la naturaleza de las molécula.
  • Enlace químico: mantiene unidos a los átomos y así forma las moléculas.
  • Enlace covalente: átomos comparten electrones Enlace no covalente: interacción débil entre iones, moléculas y partes de moléculas

jueves, 1 de diciembre de 2016

Ley de Dalton (Presiones Parciales)

La presión total de la mezcla de gases en el recipiente es la suma de las presiones que ejerce cada gas individualmente como si se encontrara puro, es decir, la presión total del gas es la suma de las presiones parciales de todos los gases presentes en la mezcla. Se expresa:
EJEMPLO: Un recipiente con un volumen de 10 L contiene 1 mol de Na y 3 moles de H2 a 298 K. ¿Cuál es la presión total en la atmósfera, si cada componente se comporta como un gas ideal?

Según fórmula cuando dos gases A y B ocupan un recipiente es:


miércoles, 30 de noviembre de 2016

Modelo cinético de los gases.

El modelo empleado en la teoría cinética de los gases puede describirse por medio de 3 supuestos fundamentos acerca de su estructura:

1.Un gas está compuesto de numerosas partículas diminutas (átomos o moléculas).
2.En ausencia de un campo de fuerzas, estas partículas se mueven en línea recta (obedecen a la primera ley del movimiento de Newton).
3.Estas partículas interactúan (chocan) entre sí con muy poca frecuencia. Además de estas suposiciones, imponemos la condición de que en cualquier colisión, la energía cinética total de las dos moléculas es la misma antes y después del choque. Esta clase de colisión se llama colisión elástica.









DEMOSTRACIÓN DE LA ECUACIÓN DE LOS GASES A PARTIR DE LA TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES 

La ecuación de estado de los gases, PV= nRT, puede deducirse de la teoría cinética estudiando el aumento de presión que se produce en un gas a consecuencia de los impactos de las moléculas. En efecto, consideramos un gas encerrado en una caja. Su presión es proporcional al número de choques moleculares por segundo sobre cada centímetro cuadrado de la pared de la caja y también proporcional al impulso mecánico o variación de la cantidad de movimiento de cada impacto. La presión total será igual al producto del número de impactos por el impulso mecánico. El movimiento de cualquier molécula puede ser descompuesto en tres componentes dirigidas según cada una de las tres aristas de la caja, de donde se deduce que el efecto sobre cada una de las paredes es el mismo que si cada tercera parte de las moléculas se moviese perpendicularmente. Así N/3 moléculas chocaran con una cara determinada de la caja cubica, siendo N el número total de moléculas contenidas en la caja. Entre cada dos impactos sucesivos la molécula deberá recorrer en los sentidos de ida y vuelta la longitud de la arista de la caja cubica. I. Es decir, la distancia entre dos impactos consecutivos recorrida por la molécula es 2I. La velocidad media de las moléculas es V cm/s, el tiempo transcurrido en segundo entre dos choques consecutivos será t=2I/V, y por tanto el número de choques por segundo con la pared del recipiente será V/2I Así pues se puede concluir que el número de impactos que se producirían sobre una cara de la caja por segundo será de:


Ahora bien, como el volumen V de la caja es I3, tendremos que el número total de impactos por cm2 y por segundo será:


Para obtener el impulso total de cada impacto hay que tener en cuenta que el impulso mecánico es igual a la variación de la cantidad de movimiento. En toda colisión en la que cada molécula de masa (m) y velocidad (v) rebote de la pared con igual velocidad absoluta pero en sentido contrario, la cantidad de movimiento variará  de un valor inicial (mv) a un valor final (-mv). Es decir, la presión= fuerza/área = N° de impactos/área*S


Impulso de cada impacto