jesus arnoldo hernandez cavazos
lunes, 26 de noviembre de 2012
domingo, 25 de noviembre de 2012
Unidad 6. Cinética Química y Nanotecnología
6.1
Cinética química: velocidades de reacción y el mecanismo de reacción
La cinética química es un área de la fisicoquímica que
se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de
reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan
durante la reacción general (Difusión, ciencia de superficies,catálisis).
La cinética química es un estudio puramente empírico y experimental; la química
cuántica permite indagar en las mecánicas de reacción, lo que se conoce
como dinámica química.
Rapidez de reacción
La Rapidez (o velocidad) de reacción está
conformada por la rapidez de formación y la rapidez de descomposición. Esta
rapidez no es constante y depende de varios factores, como la concentración de
los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reacción y el
estado físico de los reactivos. Uno de los factores más importantes es la
concentración de los reactivos. Cuanto más partículas existan en un volumen,
más colisiones hay entre las partículas por unidad de tiempo. Al principio,
cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad
de que se den colisiones entre las moléculas, y la rapidez es mayor. A medida
que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos,
disminuye la probabilidad de colisión y con ella la rapidez de la reacción. La
medida de la rapidez de reacción implica la medida de la concentración de uno
de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la
rapidez de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que
desaparece por unidad de tiempo, o bien la cantidad de producto que aparece por
unidad de tiempo. La rapidez de reacción se mide en unidades de
concentración/tiempo, esto es, en (mol/l)/s es decir moles/(l·s).
Para una reacción
de la forma:
la ley de la
rapidez de formación es la siguiente:
vR es la rapidez de la reacción, ( −
ΔcA) la disminución de la concentración del reactivo A
en el tiempo Δt. Esta rapidez es la rapidez media de la reacción,
pues todas las moléculas necesitan tiempos distintos para reaccionar.
La rapidez de
aparición del producto es igual a la rapidez de desaparición del reactivo. De
este modo, la ley de la rapidez se puede escribir de la siguiente forma:
Este modelo
necesita otras simplificaciones con respecto a:
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->La actividad
química, es decir, la "concentración efectiva"
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->La
cantidad de los reactivos en proporción a la cantidad de los productos y del
disolvente
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->La temperatura
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->La
energía de colisión
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->Presencia
de catalizadores
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->La presión
parcial de gases
Orden de reacción
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->
Para cada reacción
se puede formular una ecuación, la cual describe cuantas partículas del
reactivo reaccionan entre ellas, para formar una cantidad de partículas del
producto.
Para una reacción
de la forma:
esto significa, que
dos partículas A colisionan con una partícula B, una partícula C y una
partícula D para formar el producto E.
Sin embargo, la
probabilidad de que cinco partículas colisionen al mismo tiempo y con energía
suficiente, es escasa.
Más probable es que
dos o tres partículas colisionen y formen un producto intermedio,
este producto intermedio colisiona con las demás partículas y forma otros
productos intermedios hasta formar el producto E, aquí un ejemplo:
La descomposición
de la reacción principal en llamadas reacciones elementales y el
análisis de estas nos muestra exactamente como ocurre esta reacción.
Por medio de
métodos experimentales o por premisas se puede determinar la dependencia de la
rapidez de las reacciones elementales con las concentraciones de los
componentes A, B, C y D.
El orden de
reacción está definido como la suma de los exponentes de las
concentraciones en la ley rapidez de la reacción. Este es también llamado orden
total de reacción, pues el orden depende del reactivo que se analice. El
orden de la reacciones se determina experimentalmente.
Ejemplo :
Suponiendo que la
rapidez de reacción de la primera reacción elemental tiene una dependencia
cuadrática con la concentración del reactivo A, esto significa que esta
reacción es de segundo orden con respecto al reactivo A. El orden total de esta
reacción es también segundo, pues no hay otros reactivos.
Suponiendo que la
rapidez de reacción de la segunda reacción elemental tenga una dependencia
lineal con la concentración del reactivo A2, lineal con la
concentración del reactivo B y ninguna dependencia con C. Entonces es la
reacción de primer orden en relación a A2, de primer orden en
relación a B y de cero orden en relación al componente C. El orden total es
segundo.
Suponiendo que la
rapidez de reacción de la tercera reacción elemental tenga una dependencia
lineal con la concentración de A2BC, pero ninguna con la
concentración de D, entonces es la reacción de primer orden en relación a A2BC
y de orden cero en relación a D. El orden total de la reacción es primero.
Para una reacción
hipotética de la forma:
la rapidez de
reacción se define como:
r = k[A]a[B]b
(las concentraciones de reactivos están elevados a
su correspondiente coeficiente cinético sólo en el caso en el que la reacción
sea elemental). Donde los corchetes denotan la concentración de cada una de las especies; "r" denota
la rapidez de reacción y "k" es la constante de rapidez. La rapidez
de las reacciones químicas abarca escalas de tiempo muy amplias. Por ejemplo,
una explosión puede ocurrir en menos de un
segundo; la cocción de un alimento puede tardar minutos u horas
Factores que afectan
a la rapidez de las reacciones
Existen varios factores que afectan la rapidez de
una reacción química: la concentración de los reactivos, la temperatura, la
existencia de catalizadores y la superficie de contactos tanto de los reactivos
como del catalizador. Los catalizadores pueden aumentar o disminuir la
velocidad de reacción.
Temperatura
Por norma general,
la rapidez de reacción aumenta con la temperatura porque al
aumentarla incrementa la energía cinética de lasmoléculas. Con mayor energía
cinética, las moléculas se mueven más rápido y chocan con más frecuencia y con
más energía. El comportamiento de la constante de rapidez o coeficiente
cinético frente a la temperatura = lnA − (Ea / R)(1 / T2 − 1 / T1) esta
ecuación linealizada es muy útil y puede ser descrito a través de la Ecuación
de Arrhenius K = Aexp( − EA / RT) donde
K es la constante de la rapidez, A es el factor de frecuencia, EA es la energía
de activación necesaria y T es la temperatura, al linealizarla se tiene que ellogaritmo
neperiano de la constante de rapidez es inversamente proporcional a la
temperatura, como sigue: ln(k1 / k2) la hora de calcular la energía de
activación experimentalmente, ya que la pendiente de la recta obtenida al
graficar la mencionada ley es: -EA/R, haciendo un simple despeje se obtiene
fácilmente esta energía de activación, tomando en cuenta que el valor de la constante
universal de los gases es 1.987cal/K mol. Para un buen número de
reacciones químicas la rapidez se duplica aproximadamente cada diezgrados
centígrados
Estado Físico de
los Reactivos
Si en una reacción
interactúan reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su
rapidez también es menor. En cambio, si el área de contacto es mayor, la
rapidez es mayor.
Al encontrarse los
reactivos en distintas fases aparecen nuevos factores cinéticos a analizar. La
parte de la reacción química, es decir, hay que estudiar la rapidez de
transporte, pues en la mayoría de los casos estas son mucho más lentas que la
rapidez intrínseca de la reacción y son las etapas de transporte las que
determinan la cinética del proceso.
No cabe duda de que
un mayor área de contacto reduce la resistencia al transporte, pero también son
muy importantes la difusividad del reactivo en el medio, y su solubilidad, dado
que esta es el límite de la concentración del reactivo, y viene determinada por
el equilibrio entre las fases.
Presencia de un
catalizador
Los catalizadores
aumentan o disminuyen la rapidez de una reacción sin transformarse. Suelen
empeorar la selectividad del proceso, aumentando la obtención de productos no
deseados. La forma de acción de los mismos es modificando el mecanismo de
reacción, empleando pasos elementales con mayor o menor energía de activación.
Existen
catalizadores homogéneos, que se encuentran en la misma fase que los reactivos
(por ejemplo, el hierro III en la descomposición del peróxido de hidrógeno) y
catalizadores heterogéneos, que se encuentran en distinta fase (por ejemplo la malla
de platino en las reacciones de hidrogenación).
Los catalizadores
también pueden retardar reacciones, no solo acelerarlas, en este caso se suelen
conocer como retardantes o inhibidores, los cuales impiden la producción.
Concentración de
los reactivos
La mayoría de las reacciones son más rápidas en
presencia de un catalizador y cuanto más concentrados se encuentren los
reactivos, mayor frecuencia de colisión.
La obtención de una ecuación que pueda emplearse
para predecir la dependencia de la rapidez de reacción con las concentraciones
de reactivos es uno de los objetivos básicos de la cinética química. Esa
ecuación, que es determinada de forma empírica, recibe el nombre de ecuación de rapidez. De este
modo si consideramos de nuevo la reacción hipotética la rapidez de reacción
"r" puede expresarse como Los términos entre corchetes son las molaridades de
los reactivos y los exponentes m y n son coeficientes que, salvo en el caso de
una etapa elemental no tienen por que estar relacionados con el coeficiente estequiométrico de cada uno de los
reactivos. Los valores de estos exponentes se conocen como orden de reacción.
Hay casos en que la rapidez de reacción no es
función de la concentración, en estos casos la cinética de la reacción está condicionada
por otros factores del sistema como por ejemplo la radiación solar, o la
superficie específica disponible en una reacción gas-sólido catalítica, donde
el exceso de reactivo gas hace que siempre estén ocupados todos los centros
activos del catalizador.
Presión
En una reacción química, si existe una mayor
presión en el sistema, ésta va a variar la energía cinética de las moléculas.
Entonces, si existe una mayor presión, la energía cinética de las partículas va
a aumentar y la reacción se va a volver más rápida. Excepto en los gases, que
al aumentar su presión aumenta también el movimiento de sus partículas y, por
tanto, la rapidez de reacción.
Luz
La luz es una forma de energía. Algunas reacciones,
al ser iluminadas, se producen más rapidamente, como ocurre en el caso de la
reacción entre el cloro y el hidrógeno. En general, la luz arranca electrones
de algunos átomos formando iones, con lo que aumenta considerablemente la
velocidad de reacción.
6.2. La constante de equilibrio
n una reacción
química en general:
La constante
de equilibrio puede ser definida como
Donde {A} es
la actividad (cantidad adimensional) de la sustancia química A y así
sucesivamente. Es solo una convención el poner las actividades de
los productos como numerador y de los reactivos como
denominadores.
Para el
equilibrio en los gases, la actividad de un componente gaseoso es el producto
de los componentes de la presión parcial y del coeficiente
de fugacidad.
Para el
equilibrio en una solución, la actividad es el producto de
la concentración y el coeficiente de actividad. Es una practica común
el determinar las constantes de equilibrio en un medio de fuerzas iónicas
altas. Bajo esas circunstancias, el cociente de los coeficientes de actividad
son constantes efectivamente y la constante de equilibrio es tomada para ser un
cociente de concentración.
Todas las
constantes de equilibrio dependen de la temperatura y
la presión (o el volumen).
El conocimiento
de las constantes de equilibrio es esencial para el entendimiento de muchos
procesos naturales como la transportación de oxígeno por
la hemoglobina en la sangre o la homeostasis ácido-base en
el cuerpo humano.
Las constantes
de estabilidad, constantes de formación, constantes de enlace, constantes de
asociación y disociación son todos tipos de constantes de equilibrio.
6.3. Principio de Le Chatelier
El
Principio de Le Châtelier,
postulado por Henri-Louis Le Châtelier (1850-1936),
un químico industrial francés, establece que:
Si un sistema
químico en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, temperatura,
volumen, o la presión parcial, entonces el equilibrio se desplaza para
contrarrestar el cambio impuesto. Este principio es equivalente al principio de
la conservación de la energía.
Factores que
afectan el equilibrio químico
Concentración
Si disminuimos
la concentración de un sistema en equilibrio químico, éste se desplazará hacia
el lado de la ecuación que ha sido afectado, en cambio, si se aumenta la
concentración, el equilibrio se desplazará hacia el lado contrario de la
adición. Por ejemplo:
H2 (g)
+ I2 (g) ←→ 2 HI (g) <-------- (esta se desplaza hacia la
izquierda para de la misma forma disminuir la acción y equilibrar la ecuación)
Cambio de
temperatura
Cuando se
aumenta la temperatura en un sistema en equilibrio, este se desplazará en el
sentido que absorba el calor aplicado.
Hay dos tipos de
variación con la Temperatura:
Exotérmica: que es aquella que libera o desprende
calor. Por ejemplo:
A + B ←→ C + D +
Calor
En este caso se
puede apreciar que si aumentamos la temperatura, habrá un desplazamiento del
equilibrio hacia los reactivos, ← y será hacia los productos si se disminuye. →
Endotérmica: Es aquella que absorbe el calor. Por
ejemplo:
A + B + Calor ←→
C + D
En este otro
caso, se aprecia que al disminuir la temperatura afecta visiblemente a los
reactivos produciéndose un desplazamiento del equilibrio hacia estos.← En
cambio si aumentamos la temperatura se verá que el equilibrio se irá hacia los
productos. →
Es importante
hacer notar que a bajas temperaturas, la reacción requiere más tiempo, debido a
que bajas temperaturas reducen la movilidad de las partículas involucradas.
Para contrarrestar este efecto se utiliza un catalizador para acelerar la
reacción.
Cambio de
presión
El aumento de la
presión de todo el sistema hace que el equilibrio se desplace hacia el lado de
la ecuación química que produce menos cantidad de moles gaseosos. En el proceso
contrario, al disminuir la presión el equilibrio se desplaza hacia el lado que
produce la mayor cantidad de moles gaseosos. Lógicamente, en el caso de que las
cantidades de moles gaseosos sean iguales para cada lado de la ecuación, no se
producirán cambios, es decir que el equilibro no se desplazará. También se
puede aumentar la presión del sistema sin afectar el equilibrio agregando un
gas noble.
6.4. Constante de ionización
La constante de ionización es la constante de equilibrio de una disociación iónica, definida inmediatamente por la ecuación de la constante de equilibrio en función de las concentraciones molares correspondientes. Por tanto, la constante de ionización es igual al producto de las concentraciones iónicas dividido por a concentración de la sustancia sin disociar. Todas las sustancias se expresan en la forma convencional de moles por litro, pero las unidades de concentración no se ponen normalmente en forma implícita.
Las constantes de ionización varían apreciablemente con
la temperatura. A menos que se diga otra cosa se sobrentenderá que lo
temperatura es de 25°C. También se sobrentenderá que el disolvente es el agua a
menos que se establezca otra cosa.
La constante de ionización de un ácido débil se
representa normalmente por Ka. El equilibrio para el ácido acético puede
escribirse de la siguiente forma:
HC 2 H 3 O 2? H + C 2 H 3 O 2 Ka= [H] + [C 2 H 3 O 2]
[HC 2 H 3 O 2]
El producto de solubilidad de un compuesto es el
producto de las concentraciones molares de sus iones en una disolución
saturada, donde cada una de ellas se encuentra elevada a un exponente que
exponente que coincide con su coeficiente estequiométrico en la ecuación de
equilibrio de disolución.
Poniendo el ejemplo del sulfato de bario, si añadimos 1
gramo a un litro de agua, a 25ºC de temperatura, y agitamos, para ayudar a su
disolución, veremos que la mayor parte de la sal se deposita sin disolverse, en
el fondo del recipiente. Exactamente, sólo se habrán disuelto, 0.0025
g. de BaSO4, comprobándose que se trata de una sal muy poco soluble.
Se llega así, a una situación peculiar e interesante,
conocida como, equilibrio de solubilidad de la sal. La disolución que se
obtiene es una disolución saturada.
Debido a que se trata de un electrolito fuerte, el sulfato
de bario en disolución, se encuentra totalmente disociado en los iones que lo
forman: Ba^2+ y SO4^2-.
Por encontrarse saturada la disolución, se produce el
equilibrio entre la sal que no se ha disuelto y los iones que están implicados
en la disolución:
BaSO4 (s) ↔
Ba^2+ (aq) + SO4^2- (aq)
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->
La constante del producto de solubilidad es:
Ks = [A^n+]^m[B^m-]^n
La constante del producto de solubilidad de un compuesto,
trata el valor máximo que puede llegar a tener el producto de las
concentraciones de los iones que se encuentran disueltos. Representa la
medición de la solubilidad del compuesto.
El producto de solubilidad nos hace poder predecir
que ocurrirá en una disolución acuosa en la cual se encuentran presentes iones
de un compuesto en una concentración determinada. Definimos el concepto de
producto iónico, representado con la letra Q, como, el producto de las
concentraciones molares de los iones que están presentes en una disolución,
elevadas a sus coeficientes estequiométricos correspondientes en cada caso.
Por ejemplo:
Una disolución acuosa de BaSO4 a una temperatura de 25ºC, y como es una disolución saturada se establece el equilibrio:
Una disolución acuosa de BaSO4 a una temperatura de 25ºC, y como es una disolución saturada se establece el equilibrio:
BaSO4 (s) ↔ Ba^2+ (aq) + SO4^2- (aq)
El producto de
solubilidad, Ks, será:
Ks = [Ba^2+].[ SO4^2-] = 1.1 . 10^-10 mol^2.L^-2
Si cuando la
concentración de los iones que se encuentran involucrados en la disolución, en
un momento dado son: [Ba^2+]0 y [ SO4^2-]0 , el producto iónico Q, será:
Q = [Ba^2+]0 y [
SO4^2-]0
La expresión del
producto iónico, Q, es idéntica a la del producto de solubilidad, Ks, pero con
diferentes concentraciones de las que se encuentran en el equilibrio.
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->Se
pueden comparar los valores de Q y de Ks, para así, poder predecir el
comportamiento de la disolución:
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->Cuando Q < Ks : La disolución se encuentra
insaturada, pudiendo disolverse aún más sólido en ella. Se ve favorecido el
desplazamiento hacia la derecha en el equilibrio de solubilidad.
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->Cuando Q= Ks : La disolución se encuentra
saturada, y por tanto el sistema se encuentra en
equilibrio.
<!--[if !supportLists]-->·
<!--[endif]-->Cuando Q> Ks : Se ve favorecido el desplazamiento
hacia la izquierda del equilibrio de la solubilidad, produciéndose la
precipitación del exceso de la concentración, hasta que Q sea igual a Ks.
6.6. Solución
amortiguadora (buffer)
Disolución
Amortiguadora
Para que uno se conserve saludable, hay muchos
fluidos en cada uno de nuestros cuerpos que se deben mantener dentro de unos
límites muy estrechos de pH. Para que este objetivo se realice, se crea un
sistema amortiguador.
Un sistema amortiguador es una solución que puede
absorber grandes cantidades moderadas de ácidos o bases, sin un cambio
significativo en su pH, es decir, es una disolución que contiene unas sustancias
que inhiben los cambios de HP, o concentración de ion hidrógeno de la
disolución. Dichas sustancias pueden contener un ácido débil y su sal, por
ejemplo, ácido acético y acetato de sodio, o una base débil
y una sal de esa base, por ejemplo, hidróxido de
amonio y cloruro de amonio. Los fluidos de los organismos vivos están
fuertemente tamponados, y el agua del mar y ciertas sustancias del suelo son
otros ejemplos de disoluciones tampones existentes en la naturaleza. Las
disoluciones tampones se utilizan en química y sirven como referencia en la
medida del pH.
Consideremos la
reacción del amoniaco en agua:
NH3 (g) + H2O ! NH4+ (ac) + OH- (ac)
Si observamos la
reacción inversa en este equilibrio, veremos que los iones amonio reaccionan
con una base. Pero si disolvemos iones amonio (del cloruro de amonio) en agua
ocurre:
NH4+ (ac) + H2O (l)
! NH3 (ac) + H3O- (ac)
De esta reacción
inversa, podemos ver que las moléculas de amoniaco reaccionan con los ácidos.
Si tuviésemos una solución con suficientes cantidades de cada una de estas
sustancias, los iones amonio y las moléculas de amoniaco, tendríamos la deseada
solución amortiguadora. Las moléculas del amoniaco reaccionarían con cualquier
ácido que se añadiese, y los iones amonio reaccionarían con cualquier base que
se añadiese. Las soluciones amortiguadoras se preparan utilizando un ácido
débil o una base débil con una de sus sales. En términos generales, las
reacciones aparecerían de la siguiente forma:
- Para un ácido
débil: HA + OH- ! H2O + A- A- + H3O+ ! HA + H2O
El ácido débil
(HA), reacciona con la base que se añade. El ion negativo de la sal (A-),
reaccionara con el ácido que se añade.
- Para una base
débil: MOH + H3O+ ! M+ + 2H2O M+ + OH- ! MOH
La base débil
(MOH), reaccionara con el ácido que se añade. El ion positivo de la sal, (M+),
reaccionara con la base que se añade.
Los amortiguadores
tienen máxima eficiencia para neutralizar los ácidos y las bases que se añaden,
cuando las concentraciones del ácido débil (o de la base) y de la sal son
iguales. Podremos preparar una solución amortiguadora de casi cualquier pH, si
escogemos el ácido (o base) débil correcto. Existe un ion común entre el
electrolito débil y su sal. El comportamiento de una solución amortiguadora
puede ser explicado siempre tomando como base nuestro conocimiento acerca del
efecto del ion común y el Principio de Le Chatelier, el cual dice que si un
producto o subproducto es eliminado del sistema, el equilibrio se verá
perturbado y la reacción producirá más producto con el objeto de compensar la
pérdida. En las polimerizaciones, este truco es usado para hacer que las
reacciones alcancen altas conversiones.
La sangre esta
amortiguada, principalmente, por el ion bicarbonato (HCO3-), pero cuando ocurre
la hiperventilación que se trata de un estado de sobre respiración, causado por
el miedo, la excitación o la ansiedad, ya que al ocurrir este proceso una
persona expele más dióxido de carbono de lo necesario, alterando el equilibrio
del acido carbónico.
Disolución
Amortiguadora, Tampón o Buffer
14.-) Defina
solución amortiguadora. ¡Cuáles son sus componentes!
Es una solución de
un ácido débil o una base débil y su sal. Los dos componentes deben estar
presentes.
La disolución tiene
la capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeñas
cantidades tanto de ácidos como de bases.
La disolución
amortiguadora está compuesta por un ácido o una base y una sal.
15.-) Cite dos
ejemplos donde se ponga en evidencia la importancia de las soluciones
amortiguadoras:
las disoluciones
amortiguadoras son muy importantes en los sistemas químicos y biológicas.
El pH en el cuerpo
humano varía mucho de un fluido de a otro; por ejemplo, el pH de la sangre es
alrededor de 7,4, en tanto que el del jugo gástrico humano es de alrededor de
1,5.
En la mayor parte
de los casos, estos valores de pH, que son cítricas para el funcionamiento
adecuado de las enzimas y del balance de la presión osmótica, se mantienen
gracias a las disoluciones amortiguadoras.
Una solución que
contiene moléculas de ácido acético y iones acetato (además, por supuesto, de
otros iones). El equilibrio principal en esta solución es:
HC 2 H 3 O 2? H++ÛC 2 H 3 O 2-
6.7. Tendencias de la Nanotecnología: materiales y sus características
La nanotecnología
permite trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. Esta
posibilidad nos lleva a fabricar materiales y máquinas a partir del
reordenamiento de átomos y moléculas, la nanotecnología provocará una segunda
revolución industrial; Son un mercado floreciente y en la actualidad se
emplean en multitud de tecnologías y productos de consumo.
CARACTERÍSTICAS:
Colaboración de
múltiples ciencias: biología, física, química,informática, ingeniería,
medicina…
Se trata de
fabricar productos tangibles
Elevados costes de
equipamiento, acceso necesario a propiedad intelectual, conocimientos muy
especializados.
Efectos
perjudiciales que podrían tener las nanotecnologías
Algunas nano
partículas tienen las mismas dimensiones que determinadas moléculas
biológicas y pueden interactuar con ellas. Pueden moverse dentro del cuerpo
humano y de otros organismos, pasar a la sangre y entrar en órganos
como el hígado o el corazón, y podrían también atravesarmembranas celulares.
Preocupan especialmente las nano partículas insolubles, ya que pueden
permanecer en el cuerpo durante largos periodos de tiempo.
Los
parámetros que influyen sobre los efectos de las nano partículas para
la salud son su tamaño (las partículas de menor tamaño pueden comportar un
peligro mayor), la composición química, las características de su superficie y
su forma.
Cuando
se inhalan, las nano partículas pueden depositarse en los
pulmones y desplazarse hasta otros órganos como el cerebro, el hígado y el
bazo; es posible que puedan llegar al feto en el caso de mujeres
embarazadas. Algunos materiales podrían volverse tóxicos si se
inhalan en forma de nano partículas. Además, las nano partículas inhaladas
podrían provocar inflamaciones pulmonares y problemas cardíacos.
Las nano
partículas se emplean como vehículo para que los fármacos lleguen en mayor
cantidad a las células deseadas, para disminuir los efectos
secundarios del fármaco en otros órganos o para ambas cosas. Sin embargo, en
ocasiones no es fácil diferenciar la toxicidad del fármaco de la
toxicidad de la nano partícula.
Materiales inteligentes
(smart materials): En términos
generales, un tipo de materiales, una nueva generación de materiales derivadas
de la nanotecnología, cuyas propiedades pueden ser controladas y cambiadas a
petición.
Es una de las principales líneas de
investigación de la nanociencia con aplicaciones a muchas industrias (desde las
textiles a la industria de la Defensa). Por ejemplo: fibras inteligentes para
la ropa (Smart Fibres, Fabrics and Clothing). Sistemas inteligentes para
diversas aplicaciones (Smart Systems: Microphones, Fish Farming)
Los materiales inteligentes tienen
la capacidad de cambiar su color, forma, o propiedades electrónicas en
respuesta a cambios o alteraciones del medio o pruebas (luz, sonido,
temperatura, voltaje). Estos materiales podrían tener atributos muy potentes
como la autoreparación.
Relacionados con
esto están los super materiales (super materials) con extraordinarias
propiedades. La capacidad de crear componentes con precisión atómica puede
llevar a estructuras moleculares con interesantes características tales como
una alta conductividad eléctrica o potencia.
Jesus Arnoldo Hernandez Cavazos
Ruth Acela Mancilla Rosas
Jesus Sebastian Cuevas
Julio Cesar Hernandez Martinez
Presentacion 13 from arnoldo14
Unidad 5. Conceptos Generales de Gases, Termoquímica y Electroquímica
5.8. Electroquímica y celdas electrolíticas.
Cuando pasa una corriente eléctrica a través de un conductor
electrolito, el transporte de materia se manifiesta en las discontinuidades del
sistema. Por ej., si en una disolución acuosa diluida en un ácido se sumergen
dos alambres, preferentemente de platino, unidos a los 2 polos de una batería
voltaica que actúa como fuente de corriente, se desprenden en los alambres
burbujas de hidrogeno y oxigeno respectivamente, si la disolución electrolítica
contuviera una sal de cobre o plata se liberaría el metal correspondiente en
lugar de hidrogeno. Los fenómenos asociados con la electrólisis fueron
estudiados por Faraday y la nomenclatura que utilizó y que se emplea
todavía fue ideado por Whewell.
Las celdas electroquímicas se usan principalmente con dos
fines:
Convertir la
energía química en eléctrica
Convertir la
energía eléctrica en química
En las pilas secas
comunes y en el acumulador de plomo tenemos convertidores de energía química en
eléctrica, mientras que en la carga de la batería de almacenamiento y en la
purificación electrolítica del cobre se utiliza la energía eléctrica para
realizar una acción química. Una celda es un dispositivo simple de dos
electrodos y un electrolito capaz de dar electricidad por la acción química
dentro de la celda, o de producir una acción química por el paso de
electricidad a su través. Una batería, por otra parte, es una combinación de
dos o más celdas dispuestas en serie o en paralelo. Así el acumulador de plomo
es una batería constituidas por tres celdas conectadas en serie.
El método más común
de determinar la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera en un
circuito eléctrico es el de conectar un voltímetro entre aquellos, leyéndose
directamente el voltaje con el instrumento.
5.9. Electroquímica y celdas voltaicas (galvánicas)
Una celda voltaica es un dispositivo para producir energía
eléctrica a partir de una reacción redox. La principal característica de la
celda voltaica es la pared porosa que separa las dos soluciones evitando que se
mezclen. La pared es porosa para que los iones la atraviesen. La hemicelda del
ánodo adquiere un exceso de iones de Zn positivos (para mantener la neutralidad
eléctrica necesita iones negativos), al mismo tiempo, la hemicelda del cátodo
consume iones de Cu (para
mantener la neutralidad,éste debe eliminar iones negativos).Los iones SO4=
atraviesan la pared porosa para satisfacer la neutralidad eléctrica de ambas
hemiceldas.
Los tipos de celdas
más comunes son: las pilas y el acumulador de plomo.
Una celda voltaica
aprovecha la electricidad de la reacción química espontánea para encender una
lamparita, es decir, convierte energía potencial química en energía eléctrica
(fig. 6). Las tiras de cinc y cobre, dentro de disoluciones de ácido sulfúrico
diluido y sulfato de cobre respectivamente, actúan como electrodos (el derecho
actúa como cátodo y el izquierdo como ánodo). El puente salino (en este caso
cloruro de potasio) permite a los electrones fluir entre las cubetas sin que se
mezclen las disoluciones. Cuando el circuito entre los dos sistemas se completa
(como se muestra a la derecha), la reacción genera una corriente eléctrica.
Si ambas soluciones
se conectan mediante un voltímetro su lectura acusará 1,10 V, esto debido a que
el potencial de oxidación del Zn++ es 0,763 V y el del Cu++ es de −0,337 V, por
lo tanto el cinc (de mayor potencial) le cede electrones al cobre (de menor
potencial).
Obsérvese que el
metal de la tira de cinc se consume (oxidación) y la tira desaparece. La tira
de cobre crece al reaccionar los electrones con la disolución de sulfato de
cobre para producir metal adicional (reducción). Si se sustituye la lamparita
por una batería la reacción de una se invertirá, creando una celda
electrolítica, convirtiendo energía eléctrica en energía potencial química.
Tipos de pila
Una de las primeras pilas eléctricas, la Pila
Daniell. Una pila Daniell está formada por un electrodo de zinc sumergido en
una disolución diluida de sulfato de zinc y otro electrodo de cobre sumergido
en una disolución concentrada de sulfato de cobre. Ambas disoluciones están
separadas por una pared porosa. En esta situación la tensión de disolución del
zinc es mayor que la presión osmótica de los iones Zn++ y el electrodo se
disuelve emitiendo Zn++ y quedando cargado negativamente. En la disolución de
sulfato de cobre, debido a su alta concentración de iones Cu, depositándose
Cu++ sobre el electrodo de este metal que de este modo queda cargado
positivamente. En estas condiciones existirá una diferencia de potencial de 1
voltio aproximadamente entre ambos electrodos.
Similar a la anterior es la Pila de Volta,
considerada la primera en su especie. En esta los electrodos son también zinc y
cobre y el electrolito es ácido sulfúrico. Al disolverse ambos metales en el
ácido, el cobre adquiere un potencial mayor que el zinc, estableciéndose por
tanto una diferencia de potencial de aproximadamente 1 voltio entre ambos. Esta
pila tiene el inconveniente de que al desprenderse hidrógeno en el proceso,
este se deposita en parte sobre el cobre impidiendo el paso de corriente, por
lo que se dice que en estas condiciones la pila se ha polarizado.
Otra pila basada en el mismo principio es la Pila
Leclanché. En esta el electrolito es una solución de cloruro amónico (Cl NH4),
siendo el electrodo negativo de zinc y el positivo una placa de carbón rodeado
de una mezcla de bióxido de manganeso y carbón pulverizado introducido en un
vaso de paredes porosas. El bióxido de manganeso actúa como despolarizante,
parta evitar el fenómeno de la polarización citado en la pila de Volta.
La tensión de disolución del Zn hace a este
disolverse formando cloruro de zinc y adquiriendo el electrodo un potencial
negativo respecto a la solución. Los iones NH4+ del cloruro amónico se
descargan sobre el electrodo de carbón produciendo NH3 e hidrógeno, el cual
actuando sobre el bióxido de manganeso (Mn O2) lo reduce a óxido manganoso (Mn
O).
Tenemos finalmente las denominadas pilas secas, que
son las que normalmente utilizamos. Estas son pilas de Leclanché en las que la
disolución de cloruro amónico y la mezcla de carbón y bióxido de manganeso se
ha sustituido por una pasta formada por bióxido de manganeso, cloruro de zinc,
carbón de cok, agua y una pequeña cantidad de grafito. El recipiente de zinc es
el electrodo negativo y una barra de carbón introducida en la pasta el
positivo. El cierre del recipiente se hace con una pasta no conductora que lo
hace hermético.
Puesto que son fuente de energía, las baterías
tienen dos parámetros fundamentales a tener en cuenta: el voltaje y la
capacidad. El voltaje en la mayoría de las baterías lo tienen ajustado a 1,5 V
este valor puede variarse. La capacidad de la batería viene medida en amperios
hora, o más generalmente en el caso de pilas pequeñas en miliamperios hora
(mAh).
A modo de ejemplo, 100 mAh indica que es posible
obtener una corriente de 100 mA durante una hora (o 200 mA durante media hora)
antes de que se agote la batería. Esta relación no es lineal, pues una
corriente más elevada hace que se acorte la vida de la batería, mientras que
una corriente más suave puede alargar la duración de la misma.
Ø Pila primaria: es
una pila basada en una reacción química irreversible, y por lo tanto, es una
pila no recargable (posee un solo ciclo de vida).
Ø Pila secundaria:
es aquella pila basada en una reacción química reversible y, por lo tanto, es
recargable. Se pueden regenerar sus elementos activos pasando una corriente
eléctrica en sentido contrario al de descarga. Posee ciclos de vida múltiples.
Ø Pila botón:
es una pila de tamaño reducido, de forma chata y redonda.
Ø Batería:
se denomina así a una unidad productora de energía eléctrica, constituida por
varias pilas.
Pila de combustible:
Mecanismo electroquímico en el cual la energía de una reacción química se
convierte directamente en electricidad. A diferencia de la pila eléctrica o
batería, una pila de combustible no se acaba ni necesita ser recargada;
funciona mientras el combustible y el oxidante le sean suministrados desde
fuera de la pila
Los objetos se galvanizan para evitar la corrosión,
para obtener una superficie dura o un acabado atractivo, para purificar metales
(como en la refinación electrolítica del cobre), para separar metales para el
análisis cuantitativo o como es el caso de la electrotipia, para reproducir un
molde. Los metales que se utilizan normalmente en galvanotecnia son: cadmio, cromo,
cobre, oro, níquel, plata y estaño. Las cuberterías plateadas, los accesorios
cromados de automóvil y los recipientes de comida estañados son productos
típicos de galvanotecnia.
Jesus Arnoldo Hernandez Cavazos
Ruth Acela Mancilla Rosas
Jesus Sebastian Cuevas
Julio Cesar Hernandez Martinez
Presentacion 12 from arnoldo14
martes, 13 de noviembre de 2012
domingo, 11 de noviembre de 2012
Unidad 5. Conceptos Generales de Gases, Termoquímica y Electroquímica
5.1. Conceptos básicos: gas como
estado de agregación, gas ideal, gas real, propiedades
críticas y factor de compresibilidad.
Gas Real
Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de
temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura
es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se
desvían en forma considerable de las de los gases ideales.
Gas Ideal
Los Gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman
gases ideales y aquellas que no se les llaman gases reales, o sea, hidrógeno,
oxígeno, nitrógeno y otros.
Punto crítico. Hay un punto, a una
temperatura elevada, en que todo gas no puede licuarse por aumento de presión y
la agitación molecular provocada por la temperatura es tan elevada que las
moléculas no soportan la cohesión del estado líquido. Este punto se denomina
punto crítico y la temperatura y presión correspondientes, reciben los nombres
de temperatura y presión críticas.
Desde el punto de vista de la
temperatura, el punto crítico representa la temperatura máxima a la cual un
elemento permanece en estado líquido, y la presión crítica, es la presión
medida a esta temperatura.
Propiedades de los gases
Los gases
tienen 3 propiedades características: (1) son fáciles de comprimir, (2) se
expanden hasta llenar el contenedor, y (3) ocupan más espacio que los sólidos o
líquidos que los conforman.
COMPRESIBILIDAD
Una
combustión interna de un motor provee un buen ejemplo de la facilidad con la
cual los gases pueden ser comprimidos. En un motor de cuatro pistones, el
pistón es primero halado del cilindro para crear un vacío parcial, es luego
empujado dentro del cilindro, comprimiendo la mezcla de gasolina/aire a una
fracción de su volumen original.
EXPANDIBILIDAD
Cualquiera
que haya caminado en una cocina a donde se hornea un pan, ha experimentado el
hecho de que los gases se expanden hasta llenar su contenedor, mientras
que el aroma del pan llena la cocina. Desgraciadamente la misma cosa sucede
cuando alguien rompe un huevo podrido y el olor característico del sulfito de
hidrógeno (H2S), rápidamente se esparce en la habitación, eso es
porque los gases se expanden para llenar su contenedor. Por lo cual es sano
asumir que el volumen de un gas es igual al volumen de su contenedor.
VOLUMEN DEL
GAS VS. VOLUMEN DEL SÓLIDO
La
diferencia entre el volumen de un gas y el volumen de un líquido o sólido que
lo forma, puede ser ilustrado con el siguiente ejemplo. Un gramo de oxígeno
líquido en su punto de ebullición (-183oC) tiene un volumen de 0.894
mL. La misma cantidad de O2 gas a 0oC la presión
atmosférica tiene un volumen de 700 mL, el cual es casi 800 veces más grande.
Resultados similares son obtenidos cuando el volumen de los sólidos y gases son
comparados. Un gramo de CO2 sólido tiene un volumen de 0.641 mL. a 0oC
y la presión atmosférica tiene un volumen de 556 mL, el cual es más que 850
veces más grande. Como regla general, el volumen de un líquido o sólido
incrementa por un factor de 800 veces cuando formas gas.
La
consecuencia de este enorme cambio en volumen es frecuentemente usado para
hacer trabajos. El motor a vapor, está basado en el hecho de que el agua hierve
para formar gas (vapor) que tiene un mayor volumen. El gas entonces escapa del
contenedor en el cual fue generado y el gas que se escapa es usado para hacer
trabajar. El mismo principio se pone a prueba cuando utilizan dinamita para
romper rocas. En 1867, Alfredo Nobel descubrió que el explosivo líquido tan
peligroso conocido como nitroglicerina puede ser absorbido en barro o aserrín
para producir un sólido que era mucho más estable y entonces con menos riesgos.
Cuando la dinamita es detonada, la nitroglicerina se descompone para producir
una mezcla de gases de
CO2, H2O, N2, y O2
4 C3H5N3O9(l)
|
12 CO2(g)
|
+
|
10 H2O(g)
|
+
|
6 N2(g)
|
+
|
O2(g)
|
Porque 29
moles de gas son producidos por cada 4 moles de líquido que se descompone, y
cada mol de gas ocupa un volumen promedio de 800 veces más grande que un mol
líquido, esta reacción produce una onda que destruye todo alrededor.
El mismo
fenómeno ocurre en una escala mucho menor cuando hacemos estallar una cotufa.
Cuando el maíz es calentado en aceite, los líquidos dentro del grano se
convierten en gas. La presión que se acumula dentro del grano es enorme,
causando que explote. (5)
PRESIÓN
VS FUERZA
El volumen
de un gas es una de sus propiedades características. Otra propiedad es la presión
que el gas libera en sus alrededores. Muchos de nosotros obtuvimos nuestra
primera experiencia con la presión, al momento de ir a una estación de servicio
para llenar los cauchos de la bicicleta. Dependiendo de tipo de bicicleta que
tuviéramos, agregábamos aire a las llantas hasta que el medidor de presión
estuviese entre 30 y 70 psi.
5.2. Propiedades
PVT: ley de
Boyle, Ley de
Charles, ley de Gay-Lussac. Ecuación
General del Estado Gaseoso
LEY DE
BOYLE-MARIOTTE
|
En 1660 Robert Boyle encontró una relación inversa entre
la presión y el volumen de un gas cuando su temperatura se mantiene constante
La expresión matemática de la ley de Boyle indica que el
producto de la presión de un gas por su volumen es constante:
PV= K
P1V1= P2V2
Como muestra la figura 1, Cuando se somete un gas a una
presión de 4 atmósferas el volumen del gas disminuye. Por lo tanto, A
mayor presión menor volumen
Figura 1. Gas sometido a presión de 4 atmósferas.
En la figura 2, se observa que cuando se disminuye la
presión a 1 atmósfera, el volumen aumenta, debido a que los gases son
compresibles. Por lo tanto A menor presión Mayor volumen.
Figura 2. Gas
sometido a presión de 1 atmósfera.
|
Ley de charles
Relación entre la
temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante
En 1787, Jack
Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura
de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la
temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen
disminuía.
Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se
mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del
recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo
será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en
el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará
hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).
Lo que Charles descubrió es
que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre
el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.
Matemáticamente podemos expresarlo así:
(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)
Supongamos que tenemos un
cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 al
comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2,
entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:
que es otra manera de expresar
la ley de Charles.
Esta ley se descubre casi
ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la
enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con
la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.
LEY DE GAY-LUSSAC
Esta ley muestra la clara
relación entre la presión y la temperatura con el
volumen lleva el nombre de quien la enuncio en el año 1800.
La ley expresa que al aumentar la temperatura, las moléculas del
gas comienzan a moverse muy rápidamente aumentando su choque contra las paredes
del recipiente que lo contiene.
Gay-Lussac descubrió que,no importa el momento del
proceso el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo
valor, o sea es constante.
La presión del gas es
directamente proporcional a su temperatura:
Las temperaturas siempre deben
ser expresadas en Kelvin para esta ley.
Conclusión: Al aumentar la temperatura aumenta la
presión y al disminuir la temperatura disminuye la presión.
Ley
general del estado gaseoso: El volumen ocupado por la unidad de masa de un gas
ideal, es directamente proporcional a su temperatura absoluta, e inversamente
proporcional a la presión que se recibe. Donde: PV
=nRT o P1V1/T1=P2V2/ T2
V
= volumen
n
= constante
P
= presión
n
no. de moles o gramos
R
=constante
T
= temperatura
R=
0.0821 (lts)(atm)/ °K
mol=
8.31 °J/°K mol
La combinación de la Ley de Boyle y la Ley de Charles nos permite establecer una relación matemática entre el volumen, temperatura y presión de una muestra determinada de gas. Esta relación queda formulada así:
La combinación de la Ley de Boyle y la Ley de Charles nos permite establecer una relación matemática entre el volumen, temperatura y presión de una muestra determinada de gas. Esta relación queda formulada así:
"La razón entre el producto Presión - Volumen y la
Temperatura es una constante".
esta masa gaseosa puede
expresarse en términos de una condición inicial y una condición final:
que representa la ecuación general del estado
gaseoso y
en ella están incluídos los tres parámetros que determinan el comportamiento de
los gases, donde:
P se expresa en atm, mmHg o
psig
T se expresa en kelvins
V se expresa en litros, sus
múltiplos y submúltiplos, cm3.
5.3. Termoquímica
La Termoquímica se encarga de estudiar las
características de una reacción química, con respecto al requerimiento o
liberación energética implicada en la realización de los cambios estructurales correspondientes.
Si la energía química de los reaccionantes es mayor que
la de los productos se produce una liberación
de calor durante el desarrollo de la reacción, en caso contrario se necesita
una adición de calor. Esto hace que las reacciones se clasifiquen en
exotérmicas o endotérmicas según que liberen o requieran calor.
La reacción entre
hidróxido de sodio y ácido clorhídrico es altamente exotérmica, mientras que la
reacción de formación de óxido de magnesio a partir de oxígeno y magnesio es endotérmica.
Ecuaciones Termoquímicas
En termoquímica las reacciones químicas se escriben como
ecuaciones donde además de las fórmulas de los componentes se especifica la
cantidad de calor implicada a la temperatura de la reacción, y el estado físico
de los reactivos y productos mediante símbolos "s" para sólidos,
"g" para gases, "l" para líquidos y "ac" para
fases acuosas. El calor de una reacción, QR, usualmente se expresa para la
reacción en sentido derecho y su signo indica si la reacción es exotérmica o endotérmica,
de acuerdo a que si
Reacción exotérmica : QR < 0
Reacción endotérmica : QR > 0
La siguiente reacción está escrita en forma de ecuación
termoquímica:
Fe2O3 (s) + 3C(grafito)
↔ 2Fe(s) + 3CO(g) QR = 492,6
KJ/mol porque se expresan los estados de sus componentes y el calor de reacción
en condiciones estándares. Se entiende que 492.6 KJ es la cantidad de calor
requerido en la reacción, por cada mol de óxido férrico que reacciona en estado
sólido a 25'C y 1 atmósfera de presión.
Es el calor liberado o absorbido en una reacción a
condiciones determinadas. Es una propiedad termodinámica de estado cuyo valor,
depende principalmente, de la temperatura de la reacción y se calcula por la
diferencia entre las energías químicas de los productos, Ep, y los
reaccionantes, Er, es decir,
QR = Ep - Er
Cuando la suma de los contenidos calóricos de los
productos excede al de los reaccionantes, la diferencia es la cantidad de calor
requerida en la reacción endotérmica y es de signo positivo. Si la suma de los
contenidos calóricos de los reaccionantes excede al de los productos la
diferencia es la cantidad de calor liberada en la reacción exotérmica y es de
signo negativo
Ley de Hess
La Ley de Hess expresa que: "El calor de una
reacción es independiente del número de etapas que constituyen su mecanismo y,
por lo tanto, depende sólo de los productos (estado final) y
reaccionantes (estado inicial)"
5.5. Calor de formación.
Calor de formación de una sustancia
Es la cantidad de calor liberado o absorbido en la
reacción de formación de un mol de una sustancia a partir de sus elementos
constituyentes. La reacción de formación del bromuro de hidrógeno gaseoso a
partir de sus elementos componentes en estado gaseoso y su correspondiente
calor de formación, a condiciones estándares, es:
½ H2(g) + ½ Br2(g)
↔ HBr(g) Qf
0
= -36,38 KJ/mol
Los compuestos como el bromuro de hidrógeno gaseoso se denominan compuestos exotérmicos porque su reacción de
formación es exotérmica, en caso contrario se llaman compuestos endotérmicos.
Es importante notar que el cambio en el estado material
de alguno de los componentes de una reacción química producirá un cambio en la
cantidad de calor implicada y/o en la naturaleza energética de la reacción. En
la reacción de formación del agua no hay diferencias estructurales al obtenerla
en forma gaseosa o líquida, pero energéticamente es mayor la cantidad liberada
cuando se forma un mol de agua líquida con respecto a la cantidad liberada cuando
se forma un mol de agua gaseosa, como se puede observar en las siguientes
reacciones de formación
H2(g) + 1/2 O2(g)
↔ H2O(g) Qf
0
= -241.814 KJ/mol.
H2(g) + 1/2 O2(g)
↔ H2O(1) Qf
0
= -285,830 KJ/mol
Los calores de formación son determinados
experimentalmente y para su estimación se asume que el calor de formación de
los elementos en estado libre y en condiciones estándares es cero. La
Tabla 1 muestra los calores de formación de un conjunto
de compuestos en condiciones estándares
5.6. Calor de solución.
Es la variación
de entalpia relacionada con la adición de una cantidad determinada de soluto a
una cantidad determinada de solvente a temperatura y presión constantes.
El proceso de
disolución del Cloruro de Sodio en agua requiere energía, ya que deben
separarse el Na+
y el Cl- que se
encuentran unidos por fuerzas electrostáticas en el cristal y posteriormente
solvatarse en el solvente quedando al estado de iones en la solución. El
balance energético de estos procesos puede dar un resultado positivo o
negativo, es decir, en algunos casos se requiere energía para disolver un
sólido y en otros casos se desprende energía, también en forma de calor. En el
caso particular de una disolución, el calor desprendido o absorbido se llama
“Calor de Disolución”, o mejor “Entalpía de Solución”, D Hsoln.
El proceso de
disolución del Na Cl en agua, se puede representar por:
Na Cl (s) —H2O→ Na+ (ac) + Cl- (ac) D
Hsoln = 4,0 kJ
5.7. Electroquímica
Electroquímica es una rama de la
química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía
química. En otras palabras, las reacciones químicas que se dan
en la interface de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un
metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser
una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.
Si una
reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada
externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio, si la caída de
potencial eléctrico, es creada como consecuencia de la reacción química , se
conoce como un"acumulador de energía eléctrica", también
llamado batería o celda galvánica.
Las
reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre
moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la
electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo
los procesos que generan electricidad o en caso contrario, son producidos como
consecuencia de ella.
En
general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan
reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o
temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico.
Esto último es motivo de estudio de la química analítica, en una subdisciplina
conocida como análisis potenciométrico.
Jesus Arnoldo Hernandez Cavazos
Ruth Acela Mancilla Rosas
Jesus Sebastian Cuevas
Julio Cesar Hernandez Martinez
Presentacion 11 from arnoldo14
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