FISICOQUIMICA
201604A_288
Trabajo Colaborativo 3
Preseta!o "or# $%is Carlos C%ello C&!i'o# 8410481( )a*is M+r,%e- .abiloia C&!i'o# 26008(2/ ose *ilio Arteta ee A!rea .arrera 5ar'as C&!i'o# 3620(6(
T%tor# A'elli Arias
U7I5SI)A) U7I5SI )A) 7ACIO7A$ A.IT A.I TA A A )ISTA7CIA )ISTA7CIA U7A) Mao92016
INTRODUCCIÓN
Me!iate el "resete trabajo !e "rete!er a:ia-ar los ooi*ietos a!,%iri!os e la "resete %i!a! 3; :e&*eos !e tras"orte i ,%=*ios> l t Ca*bios e la te*"erat%ra; "resi&; vol%*e; alor trabajo e los siste*as; s&li!o; l=,%i!o 9o 'aseoso se e%etra ta*bi< relaioa!os a estas iter"retaioes !e iteraioes *ole%lares> l "resete trabajo tiee la :iali!a! !e !arle sol%i& e iter"retai& a !i:eretes ejerii ejeriios os "late "latea!o a!oss "or el %rso %rso :isio, :isio,%=* %=*ia; ia; revisa revisa!o !o los te*as te*as oe" oe"tos tos b+sios !e :e&*eos s%"er:iiales@ a!sori& :=sia ,%i*isori&@ !i:%si& visosi!a! !e 'ases@ i
OBJETIVOS Cooer los :%!a*etos !e la :isio,%=*ia "ara !ar sol%ioes %sa!o las e%aioes "ara resolver "roble*as>
Sol%ioar e iter"retar los !i:eretes ejeriios "latea!os "or el %rso :isio,%=*ia orres"o!iete a la %i!a! 3>
Baer "artii"aioes e el :oro olaborativo !e a%er!o a los "roble*as "latea!os>
Co*etar a"ortes !e los !e*+s o*"aeros> A!,%irir ooi*ietos a trav
Aporte de: LUIS CARLOS CUELLO DIAZ 1> A 100C se observa ,%e la reai& A → 2 B + C es !e "ri*er or!e> Co*e-a!o o A "%ro; se e%etra ,%e al abo !e 10>0 *i%tos la "resi& total !el siste*a es !e 1/6>0 ** !e B' !es"%0 *il=*etros !e B'> A "artir !e estos !atos; ?allar# a> b> > !>
$a Presi& iiial !e A> $a "resi& !e A al :ial !e los 10 *i%tos> $a ostate !e veloi!a! !e la reai&> l "erio!o !e vi!a *e!ia>
a> Observa!o la reai& !esrita "or la e%ai&#
A →2 B + C Analizamos que por cada mol de A gastado se formanen total 3 moles , 2 de B y 1 d e C . Generamosnuestra tabla de presiones de A , B y C a diferentes tiempos t : A → B → C 0 → PА ₀ → 0 → 0
t : PА → PB → PC ∞ → 0 →PB→PC T : A → B → C 0 → P А ₀ →0 → 0
t → P А 0− → 2 → ∞ → 0 → 2 PA ₀ → P !abiendo que : PT = PA + PB + PC "espu#sde un tiempo considerab ≤( ∞ ) :
PT = 0 + 2 PA ₀ + PA ₀ !ustituyendo : 270 mm$g = 0 + 2 PA ₀ + PA ₀
270 mm$g= 3 PA ₀
"espe%ando : PA ₀ =
270 mm$g 3
&esol'iendo : PA ₀ =90 mm$g & : (a presi)n inicial de A es de 90 mm$g b>
Tomando delatabla, lareferencia de PA a cualquier tiempotenemos : PA = PA ₀ − Por otra parte : PB= 2 PC = Parala presi)n total : PT = PA ₀ − + 2 + Agrupando : PT = PA ₀ − + 2 !ustituyendo porlos 'alores a t =10 min : 176.0 mm$g =90 mm$g + 2
2 =176.0 mm$g−90 mm$g =176.0 mm$g − 90 mm$g ... "espe%ando : ¿
=86.0 mm$g &esol'iendo : =43.0 mm$g Como : PA = PA ₀ − *ntonces : PA= 90 mm$g −43.0 mm$g Por lo que : PA = 47.0 mm$g & : (a presi)n de A al finalde los 10 minutos esde 47.0 mm$g > Co*o sabe*os ,%e la reai& 'lobal es !e "ri*er or!e etoes tee*os ,%e la e%ai& ,%e !esribe este o*"orta*ieto es la si'%iete# 0
(−+t )
CA= C A e
"espe%ando para+ , aplicando logaritmosnaturales : CA =e(−+t ) C A0
ln
( )
ln
( )
ln
( )()
CA = ln ( e(−+t ) ) C A0 CA =−+t C A0 CA 1 = =−+ C A0 t
()( )
=−
1
t
ln
CA C A0
!ustituyendo a partir delos datosobtenidos a t =10 min :
(
=−
1 10 min
)( ln
47 mm$g 90 mm$g
)
&esol'iendo : =−( 0.1 mi n
−1
) ln ( 0.5222)
=−( 0.1 min ⁻ ¹ )(− 0.649662 ) = 0.0649662 min ⁻ ¹ & : (a constantede 'elocidadde lareacci)nes de 0.0649662 min ⁻ ¹ !>
Conla misma f)rmula general , despe%amos para t : CA= CA ₀ e
(−+t )
CA =e(−+t ) C A0 Aplicando logaritmos :
ln
CA =ln e(−+t ) C A0
ln
CA =−+t C A0
()
T =−
1
+
ln
CA C A0 1
Por definici)n , sabemos que t es eltiempo al cual, lamitad delreacti'o desaparece por −lo que : 2
CA=
1 2 C A0
!ustituy endoen la f)rmulaanterior tenemos :
1 1 2
()
1 2
()()
t =−
t =−
1
+ 1
+
ln
ln
2 C A0
C A0 1 2
&eemplaz-ndoloaora por los datos de + obtenidos :
(
1 2
)
1
t =−
0.0649662
1
min
ln 0.5
1 2
t =−( 15.392619 min)(−0.693417 )
1 2
t =10.67 min
& : *l periodo de 'ida media 10.67 min
2> U ra!iois&to"o arti:iial se !eso*"oe se'D %a le !e "ri*er or!e o % "erio!o !e vista *e!ia !e 1( *i%tos> E %+to tie*"o se !eso*"o!r+ el 80 !e la *%estraG
() 1 t =− 1 2
()() +
ln
1 2
(a cual despe%ando para , en caso de tener
() + t =− ln 1 2
() 1 2
t 1 conocido queda : 2
( ( )) ( )
+ =−
1
1
t
ln
1 2
2
!ustituyendo porlos 'alores del problema tenemos :
(
+ =−
1 15 min
)() ln
1 2
(−1)
(−0.693147 ) + =−¿
0.0666 min
&esol'iendo :
(−1)
+ =0.04621 min
Por otra parte , despe%ando el 'alor de t , de la ecuaci)n general allamos a : (−+t )
C A =C A0 e C A C A0
ln
=e (−+t )
ln
( ) C A
C A0
= ln ( e(− +t ) )
( ) C A
C A0
=−+t
() ( )
t =−
1
+
ln
C A
C A0
Conel 'alor alladode + , sustituimos enla f ) rmula :
((
1
t =−
0.04621
1
min
)
)
ln
( ) 0.2 1
t =−(21.64042 min ) ln ( 0.2 ) t =(−21.64042 min )(−1.609438 ) t =34.83 min & : *l 80 de lamuestra dedescompondr- en 34.83 min
(> A 2(C el "er=o!o !e vi!a *e!ia !e !eso*"osii& !el 7 2O( es !e (>/ ?oras es i!e"e!iete !e la "resi& iiial !e Cal%lar# a> la ostate es"e=:ia !e veloi!a!> b> l tie*"o eesario "ara ,%e la reai& se lleve a abo e % 0> 1 2
()
t =−
1
+
ln
1 1 1 ) t = ln2 2 2 +
a>
"espe%ando para+ : 1 2
+ t =ln 2
(( )) ln 2
+ =
1
t
2
!usti tuyendo : =
ln 2 5.7
=
0.693147 5.7
&esol'iendo : = 0.1216 & : (a constanteespecifica de 'elocidades de 0.1216
b. *mpleandola formula general paral asreacciones de primer orden : (−+t )
CA= C A 0 e
"espe%ando parat :
() ( ) 1
t =−
+
ln
CA C A0
1tilizandolos datos del problema proponemos :
()
T =−
1
+
ln
10 100
!ustituyendo el 'alor de + :
(
T =−
1 0.1216
1
r
)
ln ( 0.1)
T =−( 8.00368 r )(−2.30258) T =18.93 r & : *l tiemponecesario para quela reacci)nse lle'e a cabo enun 90 esde 18.93 $r
Aporte de: DAMIS MARQUEZ La tensión superfcial del mercurio a 0°C es 480.3 dinas/cm, mientras que la densidad es 13.55!/cc. "i se desea obtener una ca#da de 10.00 cm. $ue radio del tubo capilar debe usarse% &artimos de y =
r ( 2 2 − 2 1 ) g 2 cos3
'espe(ando r tenemos 2
r=
2 ycos3
( 2 2− 2 1 ) g
(
480.3 dina
cm
)
cos ( 0 ) g. cm / s
=¿/ dina 10.00 cm
(
¿ 13.595 g
cc
)
2
=0.00721
−0 ( 980 cm / s ) 2
1. )l radio de un capilar es de 0.105 mm. *n l#quido cu+a densidad es de 0.800!/cc, asciende en este capilar asta una altura de -.5 cm. Calcular la tensión superfcial del l#quido. y =
y =
.d.g.r 2
( 6.25 cm ) ( 0.800 g / cc ) ( 980.7 cm / s2 ) ( 0.105 mm ) 2
y =257.4 dinas/cm
. La tensión superfcial del mercurio a 0°C es 480.3 dinas/cm, mientras que la densidad es 13.55!/cc. "i se desea obtener una ca#da de 10.00 cm. $ue radio del tubo capilar debe usarse% &artimos de y =
r ( 2 2 − 2 1 ) g 2 cos3
'espe(ando r tenemos 2
r=
2 ycos3
( 2 2− 2 1 ) g
(
480.3 dina
cm
)
cos ( 0 ) g. cm / s
=¿/ dina 10.00 cm
(
¿ 13.595 g
cc
2
)
=0.00721
−0 ( 980 cm / s ) 2
1. )l radio de un capilar es de 0.105 mm. *n l#quido cu+a densidad es de 0.800!/cc, asciende en este capilar asta una altura de -.5 cm. Calcular la tensión superfcial del l#quido. y =
y =
.d.g.r 2
( 6.25 cm ) ( 0.800 g / cc ) ( 980.7 cm / s2 ) ( 0.105 mm )
y =257.4 dinas/cm
2
. La tensión superfcial del mercurio a 0°C es 480.3 dinas/cm, mientras que la densidad es 13.55!/cc. "i se desea obtener una ca#da de 10.00 cm. $ue radio del tubo capilar debe usarse% &artimos de y =
r ( 2 2 − 2 1 ) g 2 cos3
'espe(ando r tenemos 2 2 ycos3
r=
( 2 2− 2 1 ) g
(
480.3 dina
cm
)
cos ( 0 ) g. cm / s
=¿/ dina 10.00 cm
(
¿ 13.595 g
cc
)
2
=0.00721
−0 ( 980 cm / s ) 2
5. 5°C el periodo de ida media de descomposición del 25 es de 5. oras + es independiente de la presión inicial de este. Calcular a La constante especifca de elocidad + b )l tiempo necesario necesario para que la reacción se llee a cabo en un 06. t 1 =
a.
ln 2
2
+ =
ln 2 t 1
+ ln 2
=
5.7
2
1
=7.29 s−
60 s
c c0
−l n ( ) b.
t =
+
como c7 190.7 0.1c 0 t =
−ln ( 0.1 / c 0 ) 7.29
70.3158s
1
Aporte de: YECENNY ANDREA BARRERA
3> A "artir !e la ostate !e veloi!a! *e!ia H2>06 10JK3L !e !eso*"osii& !el a-oiso"ro"ao a 2/0C; al%lar# aL l "oretaje !e *%estra ori'ial !eso*"%esta !es"% bL l tie*"o re,%eri!o "ara ,%e la s%staia se ?aa !eso*"%esto e % (> Co*o lo ,%e os soliita el "roble*a es ?allar el "oretaje; to*are*os o*o CA=100, "ara ,%e el res%lta!o ,%e arroje el +l%lo sea e"resa!o !ireta*ete e valor "oret%al>
C A =C A 0 e
(− +t )
*"lea!o el valor !e *e!ia; !a!a e la tabla tie*"o
−3
13−2. = 2.06 10
−1
seg
t =25 segundos ; s%stit%i*os estos valores e la :or*%la 'eeral#
a>
C A =100 e
(−( 2.06 0− ) ( 25))
C A =100 e
(−( 5.15 10(− ) ))
3
2
C A =( 100)( 0.949803 ) C A =94.98 Pero dado que el porcenta%e de descomposici)nest- dado por : descomposici)n =C A 0−C A *ntonces : descomposici)n =100− 94.98 descomposici)n =5.02 *l porcenta%e de muestra originaldescompuesta despu#s de 25 segundos esde 5.02
el
b. 1tilizando la formula general parareacciones de primer orden .
() ( )
t =−
1
+
C A
ln
C 0
Como lareacci)n sedebe deallar consumido enun 95 entonces : C A =C A 0− descomposici)n "e a4 que : C A =100 −95 C A =5 !ustituyendo enla ecuaci)n inicial :
((
t =−
1 −3
2.06 10
1
seg
)
)
ln
( ) 5 100
t =−( 485.4369 seg ) ln (0.05 ) t =(− 485.4369 seg )(−2.99573) t =1454.24 segundos & : *l tiemporequerido para que la sustancia se aya descompuesto en−un 95 esde 1454.24 segundos
4> Cal%lar la te*"erat%ra r=tia !el CO2 a "artir !e los !atos si'%ietes#
Temperatura !C"
De#$%dad &'(m)"
Te#$%*# d%#a$'(m"
0 20
0;2/ 0;//2
4;(0 1;16
$a e%ai& "ara al%lar la te*"erat%ra r=tia !e % l=,%i!o a "artir !e la te*"erat%ra la tesi& s%"er:iial es la si'%iete
)o!e N 2>110 K/ %lio9H *ol293L T N Te*"erat%ra !el l=,%i!o e 5 N vol%*e *olar l vol%*e *olar viee !a!o "or la Masa *ole%lar la !esi!a! etoes#
= 44 g mol
M ( CO 2 ) V 1
=
g 44
mol g 0;2/ cm 3 3
= 4/;46( cm mol T 1 = 0 + 2/3 T 1 = 2/3 K γ = 4;(0 Dinas cm
V 1
2
Tc
Tc
V 3
= γ
+ T
=
(4;(0 Dinas cm)(4/;46( cm
K
2>1I10 K / %lio9HM Tc
= 301;1 K
M ( CO 2 )
g
44
=
mol
g
44
mol g 0;//2 cm 3
V 2
=
V 1
=
(6;( cm
T 1
=
20 + 2/3
T 1
=
23 K
γ = 1;16 Dinas
3
mol
cm
3
) mol
2 3
/ 293 1I10 r'ios *ol L 1%lio
+ 2/3 K
2
Tc
Tc
=
γ V 3
K
+ T
(1;16 Dinas cm)((6;( cm
=
2>1I10 K / %lio9HM Tc
3
) mol
2 3
/ 293 1I10 r'ios *ol L 1%lio
+ 23 K
= 310;18 K
Rta+ $a Te*"erat%ra r=tia es N 310;18 2> $a tesi& s%"er:iial !el *er%rio a 0 0C es !e 480;3 !ias9* *ietras ,%e la !esi!a! es !e 13;(( '9*3> Si se !esea obteer %a a=!a !e alt%ra !e 10;0 * EQ%< ra!io !e t%bo a"ilar !ebe %sarseG $a e%ai& "ara ?allar la tesi& s%"er:iial !e % l=,%i!o viee !a!a "or#
γ
=
1 2
ρ ghr
Donde,
N Tesi& s%"er:iial N !esi!a! !el l=,%i!o ' N aelerai& !e la 'rave!a! ? N alt%ra !el l=,%i!o r N ra!io !el t%bo a"ilar )es"eja!o r r =
2γ ρ gh
2 480;3
r =
dinas
cm 13;(( g 80 cm (10;0cm) 3 2 cm s
r = /;21 x10 −3 cm
r
=
/;21 x10
3
−
cm
ta> l ra!io !e t%bo a"ilar ,%e !ebe %sarse es $a veloi!a! !e sa"oi:iai& !el aetato *et=lio a 2( °C :%e est%!ia!a ?aie!o %a sol%i& 0>01 *olar e +lali ester; tit%l+!ola e !i:eretes itervalos !e tie*"o o +i!o est+!ar> As= se obt%viero los !atos si'%ietes#
Tie*"o H*iL 3 ( / 10 1( 21 2(
Coetrai& 0;00/40 0;00634 0;00((0 0;00464 0;00363 0;00288 0;002(4
)e*ostrar o % * es"%esta# 11>/ H*ol9litroLK1 *iK1
Sol%i&# Tie*"o H*iL 3 ( / 10 1( 21 2(
Coetrai& 0;00/4 0;00634 0;00(( 0;00464 0;00363 0;00288 0;002(4
19Coetrai & 13(;13(13(1 1(/;/28/066 181;8181818 21(;(1/2414 2/(;48203/ 34/;2222222 33;/00/8/4
Para ser %a reai& !e se'%!o 'ra!o; la 'r+:ia !el iverso !e la oetrai& res"eto al tie*"o !ebe ser %a l=ea reta o "e!iete "ositiva>
1/Concentración 450 400 350 300 50 00 150 100 50 0
3
4
5
-
8
10 11 1 13 14 15 1- 1 18 1 0 1 3 4 5
)eter*iai& !el valor !e 1 1 − 0,00254 0,0074 + =( 25 − 3
)
¿
+ =¿ 33;/00/8/4K13(;13(13(1L9 H2(K3L + =11,75298419
La (o#$ta#te de ,a -e,o(%dad e$pe(./%(a e$ 00123456705mo,'m%#L
Aporte de: JOSE EMIRO ARTETA 4. Heppert y Mack dieron los siguientes datos de descomposición en fase gaseosa del óxido de etileno en metano y monóxido de carbono a 414.5 ℃: Tiempomin! # 5 & ' 1%
"resiónmm! 11$.51 1%%.5$ 1%5.&% 1%(.&4 1)).%)
1( 141.)& *emostrar +ue la descomposición sigue una reacción de primer orden y calcular la constante de ,elocidad especi-ca media. &ara demostrar que es de primer orden debe se!uir la si!uiente ecuacion. ln P =−+t + ln P 0
&or esto se determinara la si!uiente tabla
Tiempomin! # 5 & ' 1% 1(
n " 4/&5&'&&1#$ 4/(#($##&#$ 4/()4#5&%1% 4/(5&&'4($& 4/('%#&$'5( 4/'51)(#5$&
5 4.
3 " 4.8 4. 4.0
4
-
8
10
1
14
1-
18
0
T0M"2
"e puede obserar que la !r:fca es lineal + se puede decir que es de primer orden. ora se determinara la constante de elocidad especifca media que en este caso es la pendiente de la recta si!no contrario. pendiente=
4,808600706 −4,757977106 =0.010125 5
&ara ;. + = pendiente =0.010125 min
−1
&. a ,elocidad de saponi-cación del acetato metlico a %5 ℃ fue estudiada aciendo una solución #.#1 molar en 6lcali y 7ster/ y titul6ndola en diferentes inter,alos de tiempo con 6cido est6ndar. 8s se obtu,ieron los datos siguientes: Tiempo min!
9oncentración de la base
allada #/#1 #/##&4 #/##$)4 #/##55# #/##4$4 #/##)$) #/##%(( #/##%54
# ) 5 & 1# 15 %1 %5 Tiempo min!
in,erso de concentración
0 3 5 10 15 1 5
100 135,1351351 15,80-181,8181818 15,51414 5,4803 34, 33,0084
-00 400
in,erso de concentracion
00 0 0
5
10 15 0 5 30
tiempo
"e comprueba que es de se!undo orden porque obedece la le+ de se!undo orden que dice que.
&or tanto en cualquier tiempo se puede determinar la constante de elocidad de la reacción. )n
t =10 min , A 0 =0,01 , A 10=0,00464
1
mol 0,00464 (
=
1
mol 0,01 (
+ + ∗10 min
−
1
mol mol 0,01 ( ( = 11.7 5 −1 min−1 10 min
0,00464
+ =
"8T %
;2<90=3 8. Para !eter*iar el trabajo !e o?esi& !el *er%rio se e*"leara la si'%iete e%ai&>
6 coesion =2 7 =2∗483
dinas dinas = 966 cm cm
b. 6 adesion = 7 $ 0 + 7 $g− 7 $ 0,$g =72.8 + 483−375 =180.8 2
2
dinas cm
9. ! = 6 coesion − 6 adesion =966 −180.8=785.2
dinas cm
o porque el traba(o de coesión es ma+or al traba(o de adesión.
CONCLUSIONES
)e a%er!o a los ejeriios "latea!os "or la '%=a; !esarrolla!os "or los ite'rates !el 'r%"o se "%!iero oloar e "r+tia lo a"re!i!o !%rate la %i!a! 3; orres"o!iete a los :e&*eos !e tras"orte i Coe"tos ,%e :%ero trabaja!os "or a!a ite'rate !el 'r%"o a s% ve- retro ali*eta!os> Q%e *e!iate el trabajo olaborativo se "%e!e !esarrollar *+s ?abili!a!es o*"etetes a la to*a !e !eisioes 'r%"ales>
RE8ERENCIAS Ta'ari:e; > )> H200L> Fe&*eos !e s%"er:iie; !e tras"orte i Obtei!o !e M&!%lo !e Fisio,%=*ia# ?tt"#99!atatea>%a!>e!%>o9otei!os92016049201604_Mo!%lo_ee9ee:iso,2 8eero9%i!a!_3__:eo*eos_!e_s%"er:iie_!e_tras"orte__ietia_,%i*ia >?t*l
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