Cuestiones Para Discutir Capítulo 16

Cuestiones para discutir (Capítulo 16) 1. ¿Qué es difusión? ¿Qué factores pueden dar lugar a difusión? Difusión: El movimiento molecular de una substancia tal como A, a través de una mezcla de A y B debido a un gradiente de concentración de A es decir el movimiento de una especie química desde una región de concentración elevada hacia otra de baja concentración. Factores: Concentración, temperatura, presión y densidad. 2. ¿Cuándo la fracción de masa es igual a la fracción molar? La fracción masa es igual a la fracción molar cuando hablemos de un solo compuesto es decir una autodifusión ya que al hablar de más de 2 compuestos, el peso molecular nos afecta, ya que no es el mismo para cada compuesto. 3. Compárese la velocidad media de masa de la Ec. 16.1 - 1 con la velocidad media definida en . La ecuación de la sección 2.2 determina la velocidad media de las partículas mientras que la ecuación 16.1-1 determina la velocidad de la especie química macroscópica.

∬ .

4. Compárese el significado de las densidades de flujo   y ∗. Hágase lo mismo con   y  . Combinando las definiciones de ∗  y ∗  (Ecuaciones 16.1 -2 y 10) se llega a:

  

  

  

 ∗   (  ∗)       ∑=

 y  se obtiene  ∗       

Teniendo en cuenta las definiciones de

=

Esto indica que la densidad de flujo molar de difusión molar ∗ es sencillamente la diferencia entre la densidad de flujo molar   y la velocidad de transporte (Flujo global) de la especie debido a la densidad de flujo molar local de la mezcla.





 

5. ¿Por qué es necesario necesario especificar una velocidad velocidad de referencia al dar datos de velocidad de difusión? Debido a que la difusión es más compleja que el flujo viscoso o la conducción del calor, debido a la innovación de tener que operar con mezclas.



 Además de que se supone supone el valor de ∗  (Valor que no existe en la realidad) y es necesario tener una velocidad de referencia

6. Comparar la ley de Fick de la difusión con la ley de Newton de la viscosidad y la ley de Fourier de la conductividad calorífica. ¿Hasta qué punto son análogas estas tres relaciones? Son lo mismo 7. Indíquense las formas especiales de la ley de Fick para la densidad de flujo    que han de aplicarse en: (a) Interdifusión equimolar (   

8.

9.

    )    +  ∙  (b) Difusión de   a través de  estacando (  )    +  ∙  ¿Cuáles son las dimensiones de   ,  y ?                Compárese el orden de magnitud de   ,  y   , , para gases y líquidos a  . Gases: 110−   (Grande) − Líquidos: 110   (Pequeño)

10. ¿Qué diferencia de comportamiento presentan las curvas Difusividad - Concentración para el Etanol - Agua y el N  –  Butanol Agua, de acuerdo con la Tabla 16.2 - 3? Etanol – Agua



N - Butanol  – Agua





0.05



1.13

0.131

1.24

0.275

0.41

0.222

0.92

0.5

0.9

0.358

0.56

0.7

1.4

0.454

0.437

0.95

2.2

0.524

0.267

Cabe destacar que los datos obtenidos para el Etanol  – Agua se encuentran a   mientras que para el N  – Butanol - Agua se registraron a . Se observa que para la mezcla N  – Butanol - Agua conforme aumenta la concentración su difusividad disminuye, caso contrario para el N  – Butanol - Agua donde se observa que es proporcional a la temperatura.

25°

30°

 Además, cabe destacar que el Etanol  – Agua forma una mezcla azeotrópica. 11. Comprobar, mediante un pequeño calculo, la afirmación que respecto de la variación de   con la temperatura se ha hecho inmediatamente después de la Ec. 16.4 -14



12. ¿Qué método empírico & adecuado para predecir el campo de fuerza intermolecular entre dos moléculas no polares diferentes? Una función empírica para predecir la energía potencial es el potencial de Lennard  – Jonnes: ◦

    () 4[     ]         í     í            í   Donde los parámetros de Lennard  –  Jonnes  y    pueden determinarse a partir de medidas exactas de la difusividad de   en  en un amplio intervalo de , o si se tienen que estimar esto puede hacerse para moléculas no polares y no reaccionantes combinando empíricamente los parámetros de Lennard  – Jonnes de las especies  y .

   ◦

Método de pozo cuadrado

13. ¿Qué propiedades físicas globales están relacionadas por la ecuación de Stokes-Einstein? Compruébese la consistencia dimensional de esta ecuación.

   1  6

Donde:

   á  ó            í   14. Compárese la relación entre   y   para gases y líquidos. 15. ¿Qué porcentaje de error afectaría al valor estimado de    a partir de la Ec. 16.4  – 13 un error del 5% en  ? ¿En ? ¿En / ? T  

16. ¿En la difusión binaria, el hecho de que no sea cero el gradiente de fracción molar    implica que tampoco lo es la densidad de flujo molar   ? Explíquese. En ambos casos no pueden ser ceros ya que siempre ambos tienen una magnitud positiva.



