1 fisicoquimica i

7/21/2019 1 Fisicoquimica I

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Fisicoqumica I

Qumica Industrial

M. Aravena


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Que es el agua?

Porque se ve azul? Porque se ve blanca?

Porque a veces no se ve?


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Porque el fuego nos quema?

Pero el frio intenso tambin?


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Existen flores de color:

azules

blancas

rosadas

amarillas

naranja

rojas
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Pero cuantas flores verdesconocen?

PORQUE????
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Si se junta un poco de sal comn y un poco de agua, que resulta?

Qu es lo que vemos?


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Una vista microscpica :

Pero lo que esta ocurriendo:


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A nivel molecular, lo que ocurre es:

existen H+y OH-

El resultado:


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Adems:

Y

etc


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ENTONCES!

Que es ver?


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Primer ejercicio:

Hagan parejas Escriban en doslneas las respuestasa ambas preguntas

Que espero del

curso?

Pregntense que es

la fisicoqumica.

Entrguenme la copiade las respuestas

Cpienlas en laprimera hojas devuestro cuaderno

Al final del curso relean vuestras respuestas


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QUE SABEMOS?


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Obtendr las herramientas conceptuales que

permiten entender, explicar y predecirlos

fenmenos y cambios que operan tanto en

sistema reales como modelos tericos.

DESCRIPCIN DE LA ASIGNATURA:


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OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

1. Conocer y entenderlos principios bsicos de

la Termodinmica.

2. Explicarlos fenmenos usando conceptos deTermodinmica.

3. Predecirel sentido de los cambios que se

producirn al alterar las condiciones de unsistema.


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Por qu es importante?

CONOCER

ENTENDER

EXPLICAR

PREDECIR


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Perfil Profesional

1. Llevar a caboinvestigacin, desarrollo y optimizacinde procesos qumicos que inciden en la obtencin deproductos, cautelando elcontrol en la generacin desubproductos que conllevenriesgos ambientales.

2. Llevar labores dedireccin, gestin y organizacinenlaboratorios de la industria qumica y otras afines,teniendo presente en su gestin lavariablemedioambiental.

3. Realizar anlisis qumicos, control y caracterizacin, dematerias primas y otros productos ya elaborados,velando por la observancia de lasnormas ambientalesvigentes.


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CONTENIDO DE LA ASIGNATURA

UNIDAD I : INTRODUCCIN A LA FSICO-QUMICA.

- Definicin de sistema y entorno.- Clasificacin de sistemas.- Estado: definiciones, caractersticas.- Ecuaciones de estado, propiedades extensivas e intensivas.

UNIDAD II :ESTADO GASEOSO, LEYES Y RELACIONES.

- Leyes de Boyle, Charles, Avogadro.- Propiedades de un gas ideal.- Ley de Dalton: Ecuaciones de Estado.- Ecuaciones de Estado para mezclas de gases.- Ley de distribucin baromtrica.- Gases reales; desviaciones.- Ecuacin de Estado para gases reales: Ec. De Van der Waals.- Comprensibilidad, condensacin. Estados Crticos.- Ley de los Estados Correspondientes.


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UNIDAD III : PRIMERA LEY DE TERMODINMICA- Calor y Trabajo.- Procesos reversibles e irreversibles.- Energa total, interna; Entalpa.- Experimentos de Joule y Joule Thompson.

- Calores de formacin, dilucin, reaccin.- Energa de enlace.- Calorimetra.

UNIDAD IV : 2 LEY DE TERMODINMICA.- Reacciones; sentido natural.

- Concepto molecular de la Entropa.- Ciclo de Carnot. Mquinas trmicas.- Definicin matemtica de Entropa.- Cambios de entropa de diferentes procesos.

UNIDAD V : FUNCIONES TERMODINMICA NORMALES.

- Estados normales.- Entalpa de formacin. Entalpa de reaccin.- Efecto de temperatura en la Entalpa.- Variacin de Entropa en transformaciones isotrmicas.- Entropa como f (T, V), y como f (T, P).- Variacin de Entropa en gases reales.- Entropa de Mezcla.


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UNIDAD VI: EQUILIBRIO MATERIAL.- Ecuaciones de Estado.- Propiedades de las funciones TRABAJO y ENERGA LIBRE.- Potenciales qumicos.

- Variacin de Energa Libre para gases reales.UNIDAD VII: EQUILIBRIO DE FASES.- Estabilidad de fases de sustancias puras.- Ecuacin de Clapeyron.- Equilibrio slido-lquido, slido-gas, lquido-gas.- Diagramas de fases.- Regla de las fases.

- Equilibrio de fases en sistemas multicomponente.UNIDAD VIII: SOLUCIONES.

- Soluciones ideales.- Tipos de soluciones.- Ley de Raoult.- Propiedades coligativas: descenso de la T de congelacin, aumento de la T de

ebullicin,presin osmtica.

UNIDAD IX: DISOLUCIONES.- Composicin de las disoluciones.- Magnitudes molares parciales.- Disoluciones ideales; propiedades termodinmicas.


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Calendario de evaluaciones

1 1 de septiembre

2 6 de octubre

3 3 de noviembre

E: 1 de diciembre


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CONCEPTOS

Y

DEFINICIONES


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Algunos puntos histricos:

Jacobus Henricus vant Hoff:

Ciencia que se encarga de conferirconocimiento fsico a la qumica.

Antoine Lavoisier:

Enunci la Ley de la Conservacin de laMateria.


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Albert Einstein respecto de la termodinmica:

Una teora es ms impresionante mientras laspremisas sobre las que se apoya sean las mssencillas, relacione la ms amplia variedad decosas y ms extensa sea su rea de aplicacin.Por lo anterior la termodinmica clsica hadejado en m la ms honda impresin ya que esla nica teora fsica de contenido universal que

jams ser depuesta.


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Fisicoqumica

Estudia los principios fsicos que gobiernan

las propiedades y el comportamiento de

los sistemas qumicos.

Un sistema qumico puede estudiarse desdeel punto de vista:

microscpico macroscpico


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La Fisicoqumica tiene cuatro reas principales:

Termodinmica Cintica

Qumicacuntica

MecnicaEstadstica

FISICOQUIMICA


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Latermodinmicaestudia las propiedades deequilibrio de un sistema, y los cambiosproducidos en dichas propiedades durante un

proceso.

Lamecnica cunticaestudia la estructura

atmica, los enlaces en molculas y laespectroscopia.


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Latermodinmica estadsticapermiteobtener propiedades macroscpicas de un

sistema a partir de propiedades atmicas o

moleculares.

Lacinticaestudia la velocidad de las

reacciones qumicas, procesos de difusin y elflujo de carga en una clula electroqumica.


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Qumica cuntica:

Aplicacin de la mecnica cuntica al estudio de la

estructura atmica, molecular y la espectroscopa.


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Mecnica estadstica:

Establece el vnculo entre las propiedades microscpicasy macroscpicas de la materia.

Por ejemplo, en la ecuacin de van der Waals:

2v

a

bv

RTP

nRTnbV

V

anP

2

2


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Cintica:Estudia la rapidez de los procesos qumicos:


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SISTEMA EXTREMADAMENTE COMPLEJO

1 TAREA: SIMPLIFICAR EL SISTEMA


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Sistema:Porcin del Universo(objeto, masa, regin del

espacio) , seleccionado y aislado de su entorno.El sistemay su entornoforman el universo.

UNIVERSO


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Masa de contro l: masa encerrada en unsistemacerradoy que por lo mismo permanececonstante, aunque sus propiedades varen en eltiempo. Ejemplo tpico: un gas encerrado en un

pistn

A esta masa constante se le llama masa

Y a la frontera:superficie de control

Sistema cerrado:


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La masa no es constante por lo que la

superficie de control encierra un volumende controlel cual encierra una mismacantidad de masa, la que puede entra y/osalir. Por ejemplo un flujo de agua de un

calentador domestico (calefont) o uncompresor de aire:

Sistema abierto:


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Clasificacin de sistemas termodinmicos


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Clasificacin de sistemas termodinmicossegn forma de interactuar con losalrededoresAbierto: Existe transferencia de materia yenerga entre sistema y entorno.

Superficiede control


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Cerrado: slo hay transferencia de energa.

cerrado


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Aislado: no hay intercambio de materiani energa.

Sistemas reales aislados o adiabticos


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Entonces:


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Sistema en que coexisten variossistemas:

Sistema cerradodiatrmico

Sistema abierto

D di d d l bilid d t l


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Dependiendo de la permeabilidad que presente lafrontera, se tendrn diferentes sistemas:

Respecto de transferencia de masa

Respecto de transferencia de calor


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Entonces:


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Que tipo de sistemas tenemos aqu?


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Propiedades de un sistema

Magnitudes fsicas que permitencaracterizar al sistema y fijar su forma deexistencia:

m, T, P, V, U, H, S, , ,,,,etc.


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Las variables termodinmicas pueden ser Extensivas: Dependende la cantidad de

sistema considerado (masa, volumen, etc.)Son aditivas

Intensivas: No dependende la cantidad desistema considerado (densidad, presin, etc.)

No son aditivas


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Si las propiedades macroscpicas intensivasde un sistema son idnticas en toda su extensin,este sistema se denominaHOMOGENEO

Si por el contrario, estas propiedades no son

idnticas en toda su extensin,este sistema se denominaHETEROGENEO

Si las propiedades macroscpicasintensivas de un sistema se modificanregularmente en toda su extensin,este sistema se denomina CONTINUO


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Estado de un sistema termodinmico

Es el conjunto de valores constantes de todas laspropiedades o variables termodinmicas, que permitendescribir la forma en que existe un sistema; el sistemaEST en este estado

Este sistema est oexistecon: una temperatura (T),con un volumen (V), con unapresin (P), con una masa(m),.etc.


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Propiedades, funciones o variables de estado:

Propiedades de un sistema termodinmicoquesolo dependede sus valores final einicial, independiente de la trayectoria delproceso.

El desplazamientoes una funcin deestado, en cambio ladistancia recorrida

no lo es


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UAB= UAB= UAB

Por ejemplo, la energa interna U si es una funcin de

estado:

E li l t d i i i l fi l


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En un proceso cclico, los estados inicial y finaltienen exactamente las mismas propiedades deestado entonces:

Toda propiedad de estado tendr un

Uciclo= (Ufinal)- UInicial )= 0

Independiente del camino o trayectoria recorrida

0


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En cambio eltrabajo(W) no es propiedad de estadoya que suvalor depende del tipo de transformacin que experimenta el

sistema desde su estado inicial al final. Veamos esto:

Si el trabajo mecnico se expresa como:

)( 12 VVPVPW

Entonces:

FxWCon F = fuerza que se aplica aun cuerpo

X = desplazamiento que se produce por efecto de F

Es decir: :

VP

xAA

FxAA

F

A

AFxFxW

Entonces.

PdVdW

Aplicando un poco de aritmtica al proceso de compresin/expansin:


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Aplicando un poco de aritmtica al proceso de compresin/expansin:

1221 VVPW

02222 VVPW

2113 VVPW

01114 VVPW

Reordenando y sumando trminos semejantes: 01221 VVPP

Es decir, que en un proceso cclico como el descrito:

0W!!!

Expansin

*Compresin

*


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Grficamente:

- =

01221 VVPP

El trabajo total no es cero, a pesar de ser este un proceso cclico

Comentario: W reversible


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Ecuacin de estado

Es una relacin matemticaentre las variables de

estado de un sistema, que permite estudiar laevolucinde este, a causa de un cierto proceso

nRTPV

Por ejemplo, para un sistema gaseoso de comportamiento ideal:

Y para un gas cuyo comportamiento es real:

nRTnbVV

anP

2

2

Ec. De Van der Waals


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Equilibrio Termodinmico un sistema est en equilibrio cuando no

cambia por s mismo su estado

Si se suprimen las interacciones con el exterior,

las propiedades del sistema son constantes en el tiempo

Equilibrio trmico:


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Equilibrio trmico:Estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos queinicialmente tenan diferentes temperaturas. Al igualarse las

temperaturas se suspende el flujo de calor, el sistema formados poresos cuerpos llega a su EQUILIBRIO TERMICO.

E ilib i i


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Equilibrio mecnico: cuando las sumas de fuerzas y

momentos sobre todas y cadauna de las partes del cuerpose anulan.Ej: el punto P esta equilibrado. Unm o dprovocar el

desplazamiento del punto P. Estamodificacin es completamentereversible al eliminar el m o d

Punto de equilibriomecnico


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Equilibrio qumico o material:

Ej 1: un reactor industrialdonde se produce unareaccin qumica completa,no modifica su composicinluego de abrirlo.

Ej 2: una reaccin qumica en

equilibrio donde la velocidad de

produccin de C a partir de A y

B es igual a la velocidad de

formacin de A y B a partir de

C


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En resumen:

1 fisicoquimica i

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