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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Química inorgánica
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE
QUÍMICA INORGÁNICA
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Química inorgánica
ÍNDICE DE CONTENIDO ÍNDICE DE CONTENIDO....................................................................................... ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................. ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................ INTRODUCCIÓN ................................................................................................ UNIDAD I.
CINÉTICA Y TERMODINÁMICA QUÍMICA .................................. 1
CAPÍTULO 1. CINÉTICA QUÍMICA ............................................................... Lección 1. Velocidad de reacción ............................................................... 1
Lección 2. Concentración y velocidad de reacción...................................... 1
Lección 3. Variación de la concentración con el tiempo .............................. 1
Lección 4. Efectos de la temperatura en la velocidad de reacción .............. 2
Lección 5. Mecanismos de reacción. .......................................................... 2
EJERCICIOS CAPÍTULO 1 .............................................................................. CAPÍTULO 2. EQUILIBRIO QUÍMICO ........................................................... Lección 6. Concepto de equilibrio químico. .................................................
Lección 7. Reacciones reversibles e irreversibles irrev ersibles ....................................... 3 Sign up to vote on this title Lección 8. Equilibrio homogéneo y heterogéneo ........................................ 3 Lección 9. La constante de equilibrio – aplicaciones ................................... Useful
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Lección 10. Principio de le Châtelier. .......................................................... 4
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ÍNDICE DE CONTENIDO ÍNDICE DE CONTENIDO....................................................................................... ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................. ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................ INTRODUCCIÓN ................................................................................................ UNIDAD I.
CINÉTICA Y TERMODINÁMICA QUÍMICA .................................. 1
CAPÍTULO 1. CINÉTICA QUÍMICA ............................................................... Lección 1. Velocidad de reacción ............................................................... 1
Lección 2. Concentración y velocidad de reacción...................................... 1
Lección 3. Variación de la concentración con el tiempo .............................. 1
Lección 4. Efectos de la temperatura en la velocidad de reacción .............. 2
Lección 5. Mecanismos de reacción. .......................................................... 2
EJERCICIOS CAPÍTULO 1 .............................................................................. CAPÍTULO 2. EQUILIBRIO QUÍMICO ........................................................... Lección 6. Concepto de equilibrio químico. .................................................
Lección 7. Reacciones reversibles e irreversibles irrev ersibles ....................................... 3 Sign up to vote on this title Lección 8. Equilibrio homogéneo y heterogéneo ........................................ 3 Lección 9. La constante de equilibrio – aplicaciones ................................... Useful
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Lección 10. Principio de le Châtelier. .......................................................... 4
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EJERCICIOS CAPÍTULO 3 .............................................................................. UNIDAD II.
EQUILIBRIO QUÍMICO IÓNICO – ANÁLISIS QUÍMICO .............. 7
CAPÍTULO 4. COMPOSICIÓN DE LAS SUSTANCIAS................................. 7
Lección 16. Mezclas gaseosas ................................................................... 7
Lección 17. Mezclas líquidas ...................................................................... 7
Lección 18. Concentración con base química quí mica ............................................. 7
Lección 19. La Función pX ......................................................................... 8
Lección 20. Actividad química de una sustancia ......................................... 8
EJERCICIOS CAPÍTULO 4 ..............................................................................
CAPÍTULO 5. EQUILIBRIO QUÍMICO EN SOLUCIONES ACUOSAS .......... 9 Lección 21. Electrolitos ...............................................................................
Lección 22. El estado de equilibrio ............................................................. 9
Lección 23. Aplicaciones de la constante de equilibrio ..............................10
Lección 24. Disociación de ácidos y bases ................................................10
Lección 25. Efecto de los iones en el equilibrio..........................................11
EJERCICIOS CAPÍTULO 5 .............................................................................12
CAPÍTULO 6. MÉTODOS CLÁSICOS DE ANÁLISIS QUÍMICO ..................12
Lección 26. Errores en el análisis químico .................................................12
Lección 27. Análisis gravimétrico ...............................................................12 Sign up to vote on this title
Useful Not useful Lección 28. Valoración de soluciones ........................................................13
Lección 29. Valoración por precipitación ....................................................13
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Lección 35. Amoniaco y Otros Hidruros de nitrogenoideos ........................16
EJERCICIOS CAPÍTULO 7 .............................................................................17
CAPÍTULO 8. EL OXÍGENO EN LA NATURALEZA ....................................17
Lección 36. El oxígeno ..............................................................................17
Lección 37. El Ozono.................................................................................18
Lección 38. Óxidos, hidróxidos, oxoácidos y sales. ...................................18
Lección 39. Compuestos Oxigenados de nitrógeno nitrógen o y Fósforo ...................19
Lección 40. Compuestos oxigenados de Azufre y Carbono .......................19
EJERCICIOS CAPÍTULO 8 .............................................................................20
CAPÍTULO 9. OTROS ELEMENTOS ...........................................................20
Lección 41. Carbono ..................................................................................20
Lección 42. Metales alcalinos y Alcalinotérreos .........................................20
Lección 43. Metales de transición ..............................................................21
Lección 44. Metales de Transición II ..........................................................22
Lección 45. Metales pesados ....................................................................22
REFERENCIAS ..................................................................................................22
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Efecto de la concentración en la velocidad inicial de una reacción .......... 1 Tabla 2 efecto del orden de la reacción en la velocidad inicial [5] ........................ 1 Tabla 3 variación de la concentración [NO 3] con el tiempo [5].............................. 2 Tabla 4 cálculos para el Ejemplo 4 ....................................................................... 2 Tabla 5 valores de la constante cinética a diferentes temperaturas para una reacción ................................................................................................ ... Tabla 6 cálculos para el ajuste de la constante cinética del Ejemplo 5 ................. 2 Tabla 7 Molecularidad y ecuaciones de velocidad para diferentes pasos elementales de reacción. ......................................................................... Tabla 8 tendencia de las reacciones no isotérmicas en equilibrio frente a los cambios de temperatura .......................................................................... 4 Tabla 9 Entropías estándar a 25 °C y 1 atm [12] .................................................. 6 Tabla 10 Entalpías de formación estándar a 25 °C y 1 atm [12] .......................... 6 Tabla 11 Energías libres de formación estándar a 25 °C y 1 atm [12] ................. 6 Tabla 12 Composición del aire seco a nivel del mar [15]..................................... 7 Tabla 13. Coeficientes de actividad NaCl aenPreview solución acuosa. ........................ 8 You'rede Reading Tabla 14 coeficientes de actividad de iones a 25 °C ............................................ 9 Unlock full access with a free trial. Tabla 15. Composición promedio del agua de mar ............................................. 9 Tabla 16 Algunos ejemplos de ácidos y bases fuertes y débiles .......................... 9 Download With Free Trial Tabla 17 equilibrios y constantes de equilibrio comunes [3] ................................. 9 Tabla 18 constantes de producto de solubilidad Kps a 25 °C de algunas sustancia inorgánicas [23] ......................................................................................10 Tabla 19 Constantes de disociación de ácidos y bases débiles K a y Kb ..............10 Tabla 20 constantes de producto de solubilidad K ps de sólidos inorgánicos[3]. ..1 Sign up to vote on this title Tabla 21 datos para el Ejemplo 55 ......................................................................12 Useful Not useful Tabla 22 datos ordenados del Ejemplo 55 .........................................................12 Tabla 23 Resultados para el Ejemplo 55 .............................................................12 Tabla 24 Cálculo del error para el Ejemplo 55.....................................................12
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Tabla 34. Nomenclatura de los oxácidos del Ejemplo 67. ...................................18 Tabla 35 Nomenclatura de los oxácidos del ejemplo 10. .....................................19 Tabla 36 Componentes secundarios atmosféricos ..............................................19 Tabla 37 Contaminantes atmosféricos en un ambiente urbano. ..........................19 Tabla 38 Minerales de los metales más comunes [5] ..........................................20
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 representación de la reacción A B [5] ................................................ 1 Figura 2 Gráfica de datos para el Ejemplo 4 ........................................................ 2 Figura 3 Ajuste de los datos de constantes cinéticas, Ejemplo 5 ......................... 2 Figura 4 Tendencia al equilibrio de una bola que ca e por una cuesta .................. 3 Figura 5 Efecto en el equilibrio del amoníaco al adicionar hidrógeno ................... 4 Figura 6 proceso reversible en un resorte ............................................................ 5 Figura 7 ejemplo de proceso irreversible .............................................................. 5 Figura 8 proceso espontáneo y no espontáneo [5] ............................................... 5 Figura 9 Disminución de la entropía por disminución del número de moléculas [5 ................................................................................................................ 59 Figura 10 atmósfera iónica rodeando a un ion de Ba 2+ .......................................11 Figura 11 Comparación entre precisión y exactitud [3] ........................................12 Figura 12 Variación del peso de un precipitado de oxalato de calcio con la temperatura ............................................................................................13 Figura 13 curva de valoración sigmoidea típica...................................................13 Figura 14 Curva de valoración de dos segmentos rectos ....................................13 You're Reading a Preview..........................................13 Figura 15 Efecto de la concentración en la titulación Figura 16 curva de tutilación ácido fuerte – base fuerte ......................................14 Unlock full access with a free trial. Figura 17 Comportamiento de d pH / dV para titulación acido fuerte base fuerte Figura 18 Titulación de ácido débil con base ............................................14 Download With fuerte Free Trial Figura 19 Ácido fuerte con base fuerte ...............................................................14 Figura 20 Base fuerte con ácido fuerte ...............................................................14 Figura 21 Ácido débil con base fuerte .................................................................14 Figura 22 Base fuerte con ácido débil .................................................................14 Figura 23 Acido fuerte con base débil .................................................................14 Sign up to vote on this title Figura 24 base débil con ácido fuerte .................................................................14 Useful Not useful Figura 25 ácido débil con base débil ...................................................................14 Figura 26 base débil con ácido débil ...................................................................14
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Figura 37. Ciclo biogeoquímico del oxígeno [28] .................................................17 Figura 38 Estanque eutrófico ..............................................................................18 Figura 39 Niebla fotoquímica ..............................................................................18 Figura 40 Molécula de Ozono .............................................................................18 Figura 41 Reacción de formación de ozono [29] .................................................18 Figura 42 Descomposición del ozono por la luz utravioleta .................................18 Figura 43 Agujero en la capa de ozono (área azul) .............................................18 Figura 44. Ciclo del nitrógeno[28]........................................................................19 Figura 45 Estructura en capas del grafito [6] .......................................................20 Figura 46 estructura del diamante [6] ..................................................................20 Figura 47 estructura de la molécula de C 60 [6] ....................................................20 Figura 48 Distribución de los metales en la tabla periódica. [5] ...........................20 Figura 49 Litosfera terrestre. ...............................................................................20 Figura 50 Metales alcalinos del grupo 1 ..............................................................20 Figura 51. Identificación de metales por llama. [5] ..............................................21 Figura 52. Estructura cristalina del NaCl .............................................................21 Figura 53 Metales alcalinotérreos .......................................................................21 Figura 54 Berilio puro ..........................................................................................214 Figura 55. Metales nobles. ..................................................................................21 You're Reading a Preview Figura 56 Cadmio puro .......................................................................................21 Unlock full access with a free trial. Figura 57. Mercurio a temperatura ambiente.......................................................22 Figura 58. Elementos del grupo 8 .......................................................................22 Download With Free Trial Figura 59. Fundición de hierro para producir acero .............................................22
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INTRODUCCIÓN
El presente curso de química inorgánica pertenece al campo de la formación disciplinar muchos profesionales ya que presenta los fundamentos y conceptos básicos sobre
descripción, observación y análisis de los fenómenos que ocurren a la materia. Es
módulo pretende continuar con la formación de los profesionales en Saneamien
Ambiental e Ingeniería Ambiental de la UNAD en cuanto a la adquisición de nuev elementos que permitan conocer y aplicar las leyes que describen fenómenos en materia, para lograr su aplicación a situaciones comunes que se presentarán en actividad profesional de los futuros profesionales del medio ambiente[1, 2]. Por miles de años la humanidad ha tenido que tratar con la polución que produce
actividad cotidiana, desde el humo que generaba la cocción de los alimentos en una cue
hasta los enormes rellenos sanitarios actuales. Los problemas de contaminación cobrar
mayor importancia desde la revolución industrial con la cual la cantidad de subproduct
o desechos industriales fueron vertidos al ambiente con poco o ningún control sobre l
efectos que pudieran producir sobre las plantas, los animales o el hombre mismo. Con You're Reading a Preview crecimiento de la población mundial y el desarrollo industrial, los problemas ambiental
se han multiplicado al grado deUnlock afectar la subsistencia misma del ser humano, hacien full access with a free trial. muchas veces inhabitables algunas zonas de la tierra.
Download With Free Trial En la segunda mitad del siglo XX la consciencia sobre la fragilidad de los ecosistemas y conocimiento de que los recursos naturales son un bien limitado, los científic comenzaron a y el público en general comenzaron a enfocarse en los efectos de l desechos industriales en los seres vivos, con esto dieron elementos a los gobiernos pa legislar sobre el control de la actividad industrial y su efecto el medio Sign upen to vote on this ambiente. title
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El conocimiento de las propiedades de los contaminantes así como la remediación de s
efectos en el medio ambiente es uno de los logros de la tecnología química actu
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Química inorgánica ocurran (capítulo 2) así como a la velocidad a la que lo hacen (capítulo 1), también
muestra los elementos básicos sobre la condición final de sistemas reaccionantes (capítu 3) que permite establecer la máxima extensión de un proceso químico.
Sabiendo que el agua cubre más dos terceras partes de la superficie de la tierra y sien
éste un material imprescindible para la vida, muchos de los fenómenos de inter ambiental se presentan en fase acuosa, por esto, la unidad II hace énfasis en modelamiento del equilibrio químico en soluciones acuosas (capítulo 2), la expresión
las cantidades de sustancia en mezclas de diferentes tipos (capítulo 1) para terminar co
la aplicación de estos dos conceptos en los métodos de análisis químico (capítulo 3) q permiten determinar la cantidad de una sustancia en una solución o una muestra material[3].
Finalmente se presenta en la unidad III una descripción de algunos de los elementos m
comunes en la naturaleza, sus propiedades, su forma de producción, sus características
usos así como los aspectos relevantes de su naturaleza química para el med ambiente.[4-6]
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UNIDAD I.
CINÉTICA Y TERMODINÁMICA QUÍMICA
Todo proceso en la naturaleza se da gracias a los efectos de los intercambio energéticos. Como sabemos por la experiencia, no es posible realizar ningun acción sin la presencia de la energía, por lo que su estudio es un aspecto cruc para determinar la posibilidad de realizar un procedimiento deseado.
El estudio de la energía es justamente el campo de acción de la termodinámic sin embargo, esta nos da solo el conocimiento sobre la posibilidad de que ocur un cambio, así mismo como de la cantidad de energía involucrada en el proces sin embargo no proporciona información acerca de la velocidad a la cual se dará proceso, este justamente es el campo de estudio de la cinética, la cual se encarg del estudio de las velocidades a las que se dan los procesos y de las maneras las rutas que se siguen para lograr estos efectos.
En la unidad I se tratarán los temas de la cinética química y como complemento termodinámica y el equilibrio visto tanto desde la óptica de la energía como desd el punto de vista de la rapidez de los procesos. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial. CAPÍTULO 1. CINÉTICA QUÍMICA
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conceptualizar y aprender acerca de las características de la velocidad d reacción. Identificar las consecuencias que tienen algunas variables como concentración, la temperatura, la presión y el volumen sobre la rapidez co que se desarrollan las reacciones. Sign up to vote on this title Determinar el efecto de la temperatura en la constante cinética de un Useful Not useful reacción por medio de la ecuación de Arrenius.
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mecanismo que sigue la reacción para llegar de unas sustancias precursora que conocemos como reactivos a unas finales, llamadas productos Factor que influyen la velocidad de reacción[5].
Factores que influyen la velocidad de reacción.
Antes de establecer algún sistema que cualifique lo que es la velocidad reacción empezaremos por definir algunos tópicos que tienen importan relevancia sobre los sistemas reaccionantes.
Estado físico de los reactivos.
La reacciones en los diferentes sistemas reaccionantes están dados p probabilidades de choques moleculares, éstos están influenciados por disposición espacial que tienen cada una de las unidades químic involucradas en el proceso, Puede decirse que entre más cercana este un molécula de otra, puede existir una probabilidad mayor de que pueda modific su naturaleza y de esta manera, reaccionar. De igual manera debe destacars que en el curso se hará énfasis sistemas de reacción homogéneos, es dec You'reaReading a Preview sistemas de fases liquidas y gaseosas, puesto que las que tienen influenc Unlock full access with a free trial. directa de un sólido, debe estudiarse más rigurosamente teniendo como fact limitante la superficie activa de reacción. Download With Free Trial
Concentración de los reactivos.
Generalmente las reacciones pueden darse de una manera más rápid siempre y cuando uno de los reactivos se encuentre en mayor cantidad ya qu Sign up to vote this title en exce esto aumenta la probabilidad de que las moléculas deonreactivo Not usefules fácilmen ,Useful este principio “encuentren” una molécula del otro reactante identificable cuando tenemos un motor de combustión interna, al cual se suministra a través de un turbo compresor una mayor cantidad de oxígeno,
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más probabilidad existe que estas puedan reaccionar, por ejemplo, todos lo procesos de deterioro de los alimentos se dan de manera más lenta cuando s someten a una temperatura baja en el refrigerados que cuando se tienen temperatura ambiente
Influencia de un catalizador.
Los catalizadores son agentes externos que incrementan la velocidad d reacción, sin cambiar su naturaleza química. Termodinámicamente son aquell sustancias que reducen la energía de activación necesaria para que un reacción se lleve a cabo.
A nivel bioquímico tenemos un claro ejemplo en las enzimas, las cuales sistemas proteínicos que cumplen la función de acelerar las reaccione metabólicas que se dan en las células, la enzima digestiva amilasa permite rompimiento de las grandes cadenas de almidón para convertirlas en glucos asimilable por las células. [5]
Ahora podemos adentrarnos en Reading lo que concierne You're a Preview a la velocidad de reacció Inicialmente podemos asemejarla a la rapidez que lleva un vehículo, est Unlock full access with a free trial. recorre una distancia x en y segundos. De la misma manera podemo acercarnos a la definición de velocidad de reacción, contemplando su Download With Free Trial unidades que deben ser una cantidad de materia (moles) en una unidad d tiempo que podrían ser Mol/s, mMol/s, Mol/min.
Considere la Figura 1, Imaginémonos que existe una reacció Ejemplo 1. A B cada esfera roja representa la sustancia A y cada esfera azul Sign uptiene to voteun on this titlede volume sustancia B. Supongamos que cada recipiente litro Not useful Usefulhay1.00 Supongamos, también que al comenzar la reacción mol de A, así concentración es de 1mol/L, que podría expresarse de igual manera como 1 M al cabo de 20 segundos la concentración de A ha disminuido a 0.54 M, en tan
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Figura 1 representación de la reacción A B [5]
La velocidad de reacción se expresa ya sea como la velocidad de desaparició de un reactivo o como la velocidad de aparición de un producto. La velocida media de aparición de B en cierto intervalo de tiempo está dada por el camb de la concentración de B dividido entre alaPreview cantidad de tiempo que tarda es You're Reading cambio. Unlock full access with a free trial.
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Analizando el problema al transcurso de 20 segundos tenemos:
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Ahora si miramos el segundo intervalo:
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Ahora tomemos en consideración el siguiente ejemplo en Ejemplo 2. cual tomaremos un sentido diferente de la velocidad y además mostraremos u sistema estequiometrico diferente. Tenemos la siguiente reacción:
Miremos entonces que tenemos para este caso particular una estequiometr diferente a la elemental y tomaremos la velocidad de desaparición com parámetro de velocidad así que de acuerdo a esto. Hallar la velocidad med de desaparición del acido clorhídrico partiendo de los siguientes datos:
MOLES DE CLORURO DE CALCIO
TIEMPO (S)
0
0
23
10
You're Reading a Preview 25 35 Unlock full access with a free trial.
Para caso de practicidad primeros definiremos la velocidad de cloruro de calc como v porque tiene coeficiente estequiometrico uno y además porque se es Download With Free Trial generando, de acuerdo a esto la velocidad para el acido clorhídrico se defini como 2v de acuerdo a esto hallaremos la velocidad media para esta sustanc entre el intervalo de 10 y 25 segundos.
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Este valor es positivo debido a que es la velocidad de desaparición de u reactivo, como se trata de una doble negación, es positivo.
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Tenemos una reacción de amonio y oxido nitroso para dar origen a nitrógeno agua, la reacción tiene la particularidad de tener el mismo coeficien estequiométrico para las tres primeras sustancias así que a continuació veremos la Tabla 1 que tiene diferentes valores de concentración y lo qu provoca en cada velocidad de reacción. [5]
Tabla 1 Efecto de la concentración en la velocidad inicial de una reacción You're Reading a Preview
Podemos notar en los tresUnlock primeros experimentos como influye el aumento d full access with a free trial. la concentración del ion amonio en la velocidad de reacción; observándose un proporcionalidad directa entre la velocidad de la reacción y la concentración. D Download With Free Trial la misma manera si se incrementa la concentración de óxido nitroso se tien una respuesta igual [7] Así que podríamos expresar la velocidad de reacción en función de concentraciones de la siguiente manera: Sign up to vote on this title
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Miremos como seria la función de la velocidad a partir de la informació suministrada:
La anterior ecuación se conoce como ecuación de velocidad. En términ generales para una reacción del tipo.
Podemos expresar la velocidad de reacción como:
La k que aparece en la ecuación recibe el nombre de constante de velocida y está fuertemente influenciada por la temperatura. Por lo general lo exponentes m y n son números enteros pequeños entre 0 y 2. You're Reading a Preview
Exponentes de la ecuación de velocidad. La mayoría de las ecuaciones d Unlock full access with a free trial. velocidad las podríamos expresar de la siguiente manera: Download With Free Trial
Los exponentes a los que están elevados las concentraciones se conocen com ordenes de reacción. Si tomamos el ejemplo visto con anterioridad podemo Sign1,upasí to vote on this observar como los reactivos tienen exponente que la title reacción es d primer orden respecto al amonio y al oxido nitroso; esto es Not si yuseful solo si tomamo Useful a cada reactivo independientemente, pero si tenemos la reacción como un tod es necesario sumar cada uno de los órdenes, es decir, (1+1), en conclusió
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Se midió la velocidad inicial de la reacción A + B Ejemplo 3. diversas concentraciones de A y B
C c
Tabla 2 efecto del orden de la reacción en la velocidad inicial [5] Con base en estos datos determine: a) La ecuación de la velocidad deReading reacción. You're a Preview b) La magnitud de la constante de velocidad. full access with a free trial. c) La velocidad de reacciónUnlock cuando [A]= 0.05 M y [B]=0.100 M.
Download With Free Trial a) Al pasar del experimento 1 al experimento 2, la concentración de A s mantiene constante y la concentración de B se duplica. Por lo tanto, este p de experimentos muestra como influye la concentración de B en la velocida lo cual nos permite deducir de esta manera el orden de la ecuación respec a la concentración de B. Cuando la velocidad no cambia se duplica [B], Signde up reacción, to vote on this concentración de B no influye en la velocidad estitle decir adquie Not useful un orden cero. en los experimentos 1 y 3 la Useful concentración de se mantien constante; por consiguiente, los experimentos muestran como influye concentración de A en la velocidad. Si la concentración de la especie B
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Aplicando la ecuación de la velocidad tenemos:
De esta manera podemos darnos cuenta que el único valor posible para n e 0, de manera análoga podemos comprobar de la misma manera que el val para m es 2.
b) Utilizando la ecuación de velocidad y los datos del experimento 1 se tien que:
c) Utilizando la ecuación obtenida en el inciso a y la constante de velocidad d anterior numeral. You're Reading a Preview
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Lección 3.
Variación de la concentración con el tiempo
Con anterioridad realizamos análisis de velocidad de reacción usando solo cambio de concentraciones como factor de cambio, en este modu Sign upde to vote on this title trabajaremos, lo que concierne a dos sistemas reacción sencillos pa identificar su incidencia al incluir la variable tiempo: Useful Not useful
Reacciones de primer orden general. Son aquellas reacciones en las cual
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Ln [A]t = -k t + ln [A] 0
Esta última expresión nos permite calcular la concentración del reactante e cualquier momento, en la forma en que se muestra, corresponde a una líne recta con pendiente –k e intercepto ln [A] 0
Es importante mencionar que esta ecuación se usa siempre y cuando se teng similitud de unidades en las concentraciones.
Cuando hablamos de una ecuación de primer orden podemos usar est ecuaciones para hallar valores de constantes de velocidad por ajuste de dato experimentales, tiempos transcurridos, concentraciones iniciales concentraciones en un tiempo cualquiera t.
Reacciones de segundo orden general. Una reacción de segundo orde general la podemos definir como aquella en donde la velocidad está relacionad You'rede Reading a Preview o depende de la concentración un reactivo elevado a la segunda potenci En el caso en que se considerara como de segundo orden la reacción Unlock full access with a free trial.
A B
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La expresión de la velocidad de reacción sería:
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useful Useful Not expresión: Aplicando de nuevo el cálculo integral obtenemos la siguiente
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NO2 NO + ½ O 2
Tabla 3 variación de la concentración [NO3] con el tiempo [5] Identificar ¿de qué orden es la reacció n respecto a NO2?
En este caso probaremos si la reacción es de orden uno o de orden do ajustando los valores a las ecuaciones de velocidad vistas, para el orden un debemos graficas ln [NO 3] vs t y para el orden dos debemos graficar 1/[NO t. debemos empezar por organizar los datos con el fin de que tengamos l You're Reading a Preview valores necesarios Unlock full access with a free trial.
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Tabla 4 cálculos para el Ejemplo Useful 4 Not useful
Si graficamos los datos podemos evidenciar que la reacción es de segund
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Figura 2 Gráfica de datos para el Ejemplo 4
Tiempo de vida media
El tiempo de vida media ha sido una variable que se ha implementado pa identificar de una manera indirecta la rapidez de la reacción, suele aplicarse You're Reading a Preview sistemas que tengan orden 1. Este procedimiento es el que utilizan lo Unlock full access with a free trial. paleontólogos para encontrar a través de restos de carbono catorce la edad d fósiles [7]. Podemos describirlo de la siguiente manera: Download With Free Trial
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Lección 4.
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Efectos de la temperatura en la velocidad de reacción
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Modelo de colisiones
Este modelo se basa en teorías moleculares, en él se supone que para que do sustancias de naturaleza diferente reaccionen, antes deben chocar, basados e lo anterior todo se reduce a que existe más probabilidad de causar choque efectivos cuando las moléculas tengan un grado de excitación mayor, es dec que posean más energía en forma de velocidad. No todas las colisiones que dan entre las moléculas conducen a reacciones efectivas, existen vario factores que determinan la efectividad de estos choques [5, 9]:
Factores de orientación: En casi todos los casos es necesario que la moléculas estén orientadas de cierta forma durante las colisiones para qu ocurra una reacción. Las orientaciones relativas de las moléculas durante la colisiones determinan si los átomos, tienen posiciones idóneas para form nuevos enlaces, las moléculas deben encontrarse en posiciones adecuad para que se produzca su transformación.
Energía de activación. Basados en la teoría de colisiones se dedujo qu You're Readinglos a Preview gracias a los choques de las moléculas enlaces químicos pueden alargars doblarse, y romperse, loUnlock quefullorigina reacciones químicas. Gracias a access with a free trial. apreciación del profesor Svante Arrhenius se llegó a la conclusión de que la moléculas debían tener una mínimaWith cantidad de energía para poder produc Download Free Trial estos efectos en los enlaces químicos y por lo tanto reaccionar. La energ mínima que se necesita para iniciar una reacción química se conoce con nombre de energía de activación Ea y cambia según la naturaleza de cad reacción. Ecuación de Arrhenius [7, 10].
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En sus observaciones Arrhenius notó que en casi todas las reacciones
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Donde: K: constante de velocidad. Ea: energía de activación. R: constante de los gases (8,314 J/mol K) T: temperatura en unidades absolutas. A: factor de frecuencia.
Determinación de la energía de activación Ea. Aplicando función logaritmo natural a los dos lados tenemos:
Esta ecuación tiene forma de línea recta, predice que una gráfica de Ln k e función de 1/T será una recta con pendiente igual a –Ea/R e intersección con eje e igual a Ln A. por tanto,You're la energía dea activación Reading Preview se determina midiendo k una serie de temperaturas, graficando Ln k en función de 1/T y calculando Ea Unlock full access with a free trial. partir de la pendiente.
Download WithunFree Trial También se puede evaluar Ea por método no grafico, a través d conocimiento de la constante de velocidad de la reacción a dos o má temperaturas. Por ejemplo supongamos que tenemos temperaturas diferent T1 y T2, así que tendremos k1 y k2 y la resolución simultanea de la siguien ecuación: Sign up to vote on this title
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Tabla 5 valores de la constante cinética a diferentes temperaturas para una reacción Determine el valor de la energía de activación para esta reacción. Para ajustar los datos debe calcularse los valores de 1/T y ln (k)
Tabla 6 cálculos para el ajuste de la constante cinética del Ejemplo 5 Al graficar estos valores se tiene: You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Figura 3 Ajuste de los datos de constantes cinéticas, Ejemplo 5
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Como puede verse los datos se ajustan exactamente a una línea recta de
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Las moléculas tienden a chocar y existe una transformación que se genera p el choque bimolecular. Esto permite que se dé la posibilidad de un cambio d naturaleza[7].
Pasos múltiples. El cambio neto representado por una ecuación quími balanceada suele ocurrir por un mecanismo de pasos múltiples que consiste e una serie de pasos elementales. Para tener una idea tomaremos en consideración el siguiente ejemplo.
Por debajo de 225 grados centígrados, esta reacción parece ocurrir en do pasos elementales, cada uno de ellos bimolecular. Primero, colisionan do moléculas de NO2 y se transfieren un átomo de oxigeno de una a otra. Mientra el NO3 resultante choca entonces con una molécula de CO y le transfiere u átomo de oxígeno. You're Reading a Preview
Miremos como se dan los pasos elementales: Unlock full access with a free trial. Download With Free Trial
Que al final nos da la forma como generalmente lo conocemos: Sign up to vote on this title
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1) Describa la molecularidad de cada paso de este mecanismo. 2) Escriba la ecuación de la reacción global. 3) Identifique el o los intermedios.
SOLUCION.
1) En el primer paso elemental intervine un solo reactivo y es, consecuencia, unimolecular. El segundo paso, en el que participan do moléculas reaccionantes es bimolecular. 2) La suma de los pasos elementales es:
Dado que el oxígeno monomolecular aparece en ambos lados de ecuación, el proceso químico neto será: You're Reading a Preview
Unlock full access with a free trial. No es ni un reactivo ni u 3) El intermediario es el oxígeno monomolecular. producto, pero se forma en el primer paso y se consume en el segundo.
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Toda reacción química procede por medio de diferentes pasos elementales, en la Tabla 7
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2. Considere la reacción acuosa hipotética siguiente: A(ac) 9: B(ac). Se car un matraz con 0.065 mol de A en un volumen total de 100 mL. Se recopila los siguientes datos:
(a) Calcule el número de moles de B en cada tiempo de la tabl suponiendo que no hay moléculas de B en el tiempo cero. (b) Calcule la velocidad media de desaparición de Aa cada intervalo de 1 min, en unidades de M/s. (c) entre t _ 10 min y t _ 30 min, ¿cuál es la velocidad media de aparición d B en unidades de M/s? Suponga que el volumen de la disolución e constante.
3. Se estudió la isomerización de metil isonitrilo (CH 3NC) a acetonitr (CH2CN) en fase gaseosa a 215°C, y se obtuvieron los datos siguientes:
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Calcule la velocidad cada medición
Download With Free Trial media de reacción, M /s, en
4. Una reacción A + B velocidad = k [A]2[B].
el intervalo de tiempo ent
C obedece la siguiente ecuación de velocida Sign up to vote on this title
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(a) Si se duplica [A], ¿cómo cambia la velocidad? ¿Cambia la constante d velocidad? Explique su respuesta.
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La ecuación de velocidad de esta reacción es de primer orden respecto CH3Br y de primer orden respecto a OH. Cuando [CH 3Br] es 5.0 = 10 -3 [OH _ ], 0.050 M , la velocidad de reacción a 298 K es de 0.0432 M /s.
(a) ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad? (b) ¿Cuáles son las unidades de la constante de velocidad? (c) ¿Qué le ocurriría a la velocidad si se triplicara la concentración de OH? 6. Responda las siguientes preguntas
(a) Defina los siguientes símbolos que se presentan en las ecuaciones d velocidad: [A]0, t 1/2, [A]t , k (b) ¿Qué cantidad, graficada contra el tiempo, da una línea recta en el cas de una reacción de primer orden? 7. Se midió la velocidad de la reacción CH3COOC2H5(ac ) + OH _ (ac ) CH3COO _ (ac ) + C2H5OH(ac ) You're Reading a Preview
a varias temperaturas, y se obtuvieron los datos siguientes: Unlock full access with a free trial.
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Con base en estos datos, grafique ln k en función de 1/T . Determine el val de E a por medio de la gráfica. Sign up to vote on this title
8. Responda las siguientes preguntas
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(b) OCl(g) + H2O(g) HOCl(g) + OH (g) -
(c) NO(g) + Cl2(g) NOCl2(g)
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CAPÍTULO 2.
EQUILIBRIO QUÍMICO
En este capítulo pretendemos que el estudiante interiorice los conceptos acerc del equilibrio químico de reacciones y sepa analizar las de acuerdo a lo elementos adquiridos.
Lección 6.
Concepto de equilibrio químico.
Espontáneamente, los sistemas naturales tienen la tendencia a adquirir menor nivel energético posible, es así como una roca en la cima de una colin tiende a rodar cuesta abajo para adquirir un estado de menor energía potencia dos cargas eléctricas de igual signo tienden a estar lo más separadas posibles un metal químicamente activo naturalmente tiende a oxidarse produciend especies menos activas, este punto de mínima energía se conoce com “equilibrio” y habiéndolo definido desde el punto de vista energético, podríamo nombrarlo “equilibrio termodinámico”.
Preview El equilibrio termodinámico You're de un Reading sistemaacon sus alrededores se da cuando s encuentra en equilibrio mecánico, térmico y químico con el medio que lo rode Unlock full access with a free trial. en otras palabras cuando no hay tendencia a moverse, a transferir energía materia con los alrededoresDownload y cuandoWith no hay a reaccionar. Freetendencia Trial
Considere la disolución del ácido acético en agua: CH3COOH + H2O
⇌ CH3COO- + H3O+ Sign up to vote on this title
En la representación de este proceso se incluye una flecha useful apuntando Useful Notdoble izquierda y derecha, esto indica que el proceso puede darse en amb sentidos. En solución acuosa efectivamente el ácido acético se ioniz
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anteriormente, en este caso se establece un “equilibrio dinámico”. Esta es l principal diferencia en la forma en cómo se explica el equilibrio desde perspectiva de la Termodinámica (energético) y la Cinética (velocidad de lo procesos).
Otra forma de ver el equilibrio es la de considerar la tendencia natural de lo sistemas a disminuir la diferencia de alguna propiedad entre dos puntos d espacio, por ejemplo, las moléculas de azúcar un cristal dentro de un vaso co agua tenderán a moverse hacia donde la concentración es menor con el fin d disminuir la diferencia de esta propiedad entre la superficie del cristal y el sen de la solución. El proceso de disolución sucederá hasta que se haya consumid todo el azúcar sólido y la concentración en la solución sea uniforme o hasta qu el agua se sature (si hay suficiente sólido), en este momento, aunque hay presente azúcar sólido, la concentración de azúcar en la solución no cambia es igual para cada uno de los puntos de la fase líquida.
Caso similar se da con un cuerpo caliente en un ambiente más frío, en ausenc de otros efectos diferentes a la diferencia de temperatura, la energía s transferirá desde el cuerpoYou're con mayor Readingtemperatura a Preview hacia el medio con men temperatura hasta que la diferencia de esta propiedad entre el cuerpo y todo Unlock full access with a free trial. los puntos del medio sea cero. Download With Free Trial
Una de las características interesantes del punto de equilibrio es que e independiente de la trayectoria del proceso, es decir, las propiedades de u sistema en equilibrio no dependen de los procesos que se dieron para llegar él. Como se muestra en la Figura 4 independientemente de si la bola cae desd el punto A o el punto B, sin otros efectos además de la fuerza de gravedad, Signcaída up to vote on thisatitle ubicación final de la bola será C. Aunque la ocurra una velocid Useful desde useful Notuna diferente dependiendo del camino, si las bolasparten altura igual, disminución de la energía potencial será igual.
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Química inorgánica
Si a una solución de ácido acético adicionamos una pequeña cantidad de NaOH, se dará la reacción de neutralización: CH3COOH + NaOH
⇌ CH3COO- + H2O + Na+
Al final, la solución contendrá iones acetato y sodio, además de una cantidad d ácido sin reaccionar.
Si por el contrario disolvemos una cantidad adecuada de acetato de sodio e suficiente solución ácida podremos tener una disolución con las misma concentraciones de todas las especies que en el caso anterior (ácido acétic iones acetato y sodio)
2
CH3COONa CH3COO- + Na+ CH3COO- + H3O+ ⇌ CH3COOH + H2O
Tenemos conocimiento de que las reacciones químicas se dan en todas lo Reading Preview estados de la materia así seYou're pueden tenera reacciones a) b) c) d) e) f)
Gas-gas. Gas-liquido. Gas sólido. Liquido-liquido. Liquido-solido. Solido-solido.
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Sign up to vote on this title Adicional a las nombradas para las sustancias puras, tenemos también useful que a niv Useful Not nombrar las reacciones que están en medio acuoso, puesto industrial son muy usadas y tienen muchísima importancia, en estas, lo reactivos se encuentran disueltos en agua, por lo que la reacción se verifica e
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En la anterior situación tenemos dos constantes de velocidad, que son constante de reacción directa y constante de reacción inversa. En este cas particular por tratarse de gases y en condiciones adecuadas, podemos hac uso de la ecuación de estado de gas ideal para representar la concentració molar de las sustancias en cuestión.
Ahora expresado en forma de presiones parciales tenemos:
De la misma manera podemos expresar las velocidades de reacción tanto pa el proceso directo como el inverso You're Reading a Preview
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Como ya se explicaba con anterioridad la reacción comienza con transformación de la especie A en la especie B,Sign a medida que esto transcurre up to vote on this title presión parcial de la especia A decrece, sin embargo la reacción llega a u Useful Not useful punto en el cual se la especie B empieza a transformarse en A, hasta que igualan las velocidades de la reacción directa como inversa, de esta manera s
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Se permite que 1 mol de cada uno de los reactivos reaccione en un tanque d 10 litros y se miden la composición final de la mezcla obteniendose lo siquientes resultados: CO = 0.911 moles
H2 = 0.822 moles
CH3OH = 0.0892 moles
¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio para la reacción? El volumen del recipiente es 10 litros por lo que las concentraciones son: [CO] = 0.911 M [H 2] = 0.822 M
[CH3OH] = 0.0892 M
El valor de la constante de equilibrio es:
Lección 7.
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Reacciones reversibles e irreversibles Unlock full access with a free trial.
Hasta este momento, hemos considerado que las reacciones químic Download With Free Trial ocurren partiendo de reactantes y terminando en los productos. Por ejemplo: 2NO2( g )
enfriamien to
N 2O4( l )
Sign up toson vote on this title Sin embargo, la mayoría de las reacciones químicas reversibles; es dec Useful Not usefulsí y forma una vez formados los productos, éstos reaccionan entre nuevamente a los reactantes. Por ejemplo, el dióxido de nitrógeno es gas café rojizo, que al enfriarse se transforma en tetra óxido de di nitrógeno,
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productos se le conoce como reacción directa, mientras que a la que va productos a reactantes, se le denomina reacción inver sa.
Un ejemplo cotidiano de reacciones reversibles, lo observamos en la pilas recargables, las cuales una vez agotadas pueden recuperar su car nuevamente haciendo pasar una corriente eléctrica a través de ellas. En es tipo de pilas, los productos que se forman reaccionan entre sí al hacerl pasar una corriente eléctrica, formando de nuevo los reactantes encargad de producir la energía eléctrica.
En algunas reacciones sólo es perceptible la reacción directa, la reacció inversa no es evidente. Una reacción de este tipo, que ocurre sólo hacia derecha, recibe el nombre de reacción irreversible. Un ejemplo de lo anterior e la oxidación de un clavo, la cual representamos con la siguiente ecuació química: 2Fe
O2
2FeO
¿A qué se debe que algunas reacciones sean reversibles y otras irreversible? You're Reading a Previewque se requiere para romp Una reacción es irreversible, cuando la energía los enlaces de los reactantes es mucho menor que la que se requiere Unlock full access with a free trial. romper los enlaces de los productos. Como hemos dicho anteriormente, A energía se le llama energía de activación; por lo tanto, en una reacció Download With Free Trial reversible, la energía de activación de los productos es igual o menor que la los reactantes.
Ley de acción de masas. Sign up to vote on this title
La ley de acción de masas establece que: "La velocidad de una reacción, Useful Not directamente proporcional al producto (multiplicación) deuseful las moles p litro (concentración molar) de cada uno de los reactantes, elevadas a potencia igual coeficiente estequiométricos multiplicadas
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que participan en la reacción mientras que, las letras mayúsculas representa las fórmulas de los reactantes (A, B) y productos (C, D).
El paréntesis rectangular [ ] se utiliza en química para indicar que concentración de la sustancia está dada en moles por litro; es decir, que s concentración es molar.
Con base en lo anterior podemos entonces establecer la expresión matemátic para la ley de acción de masas en una reacción química:
En una reacción reversible existen dos reacciones químicas diferentes, primera es la que se lleva a cabo entre los reactantes para formar a productos, la segunda en la cual los productos reaccionan entre sí, una vez qu se han generado, para formar de nuevo a los reactantes. A la primera reacció se le llama reacción directa y a la segunda, reacción inversa. You're Reading a Preview cC dD aA bB Unlock full access with a free trial.
Las expresiones de la velocidad la Trial reacción inversa y directa en Downloadpara With Free cambio reversible son las siguientes: Vd = [A] a [B]b ...kd Vi = [C]c [D ]d ...ki Sign up to vote on this title
Las constantes son diferentes dado que su valor, tal y como se establece en useful Useful y Not ley de acción de masas, depende de la temperatura de la naturaleza propiedades químicas de las sustancias que reaccionan. Las propiedad
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Lección 8.
Equilibrio homogéneo y heterogéneo
Empecemos por mencionar que el equilibrio químico de clase homogénea, es dada por un sistema en donde las especies se encuentran en el mismo estad de agregación, miremos por ejemplo la siguiente ilustración
Como lo habíamos dicho conservan el mismo estado de agregación, continuación definiremos tanto la k en función de las concentraciones como e función de las presiones parciales.
Para casos generales podemos tomar la siguiente reacción: You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Podemos tener un factor de conversión para trasformar la k en función de concentración a la k en función de lasWith presiones parciales. Download Free Trial
Siendo
, la diferencia entre las moles del producto y reactivos.
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Las concentraciones en equilibrio para la reacción d Ejemplo 8. Not useful Useful monóxido de carbono y cloro para formar COCL2 (g) a 74 °C son: [CO] = 0.012M, y [COCL 2] = 0.14M
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El valor de K c es = [0.14]/(0.012 x 2.33) = 5 l/mol
El valor de K p = Kc (R T) ∆ n = 1.768 x 10-3 1/atm
Equilibrio heterogéneo.
El equilibrio heterogéneo nos indica que en la reacción hay distintas fases por que debe hacerse un tratamiento un poco diferente ya que las especies pur que están en estado líquido y solido no se incluyen dentro de la expresión de constante de equilibrio, cuando un disolvente participa en el equilibrio, s concentración también se excluye de la expresión de la constante. En camb las presiones parciales de los gases y las concentraciones molares de un disolución si se incluyen en la constante de equilibrio porque estas puede variar.
Ejemplo 9.
Tenemos la siguiente reacción heterogénea. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
De acuerdo a lo visto anteriormente podemos expresar la constante d Download With Free Trial equilibrio como:
Podemos mirar que solo influye la concentración de la especie que s encuentra en estado de agregación gaseosa. Sign up to vote on this title
Useful
Not useful
De acuerdo a la siguiente reacción determine la expresión Ejemplo 10. correspondiente constante de velocidad
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Lección 9.
La constante de equilibrio – aplicaciones
Es importante mencionar para iniciar esta lección que en la naturaleza rara ve encontramos procesos que solo tengan un sentido de dirección cuand reaccionan, y por su parte los procesos de mucho valor industrial tienden estar en equilibrio por lo que se hace necesario que se estudien distinto métodos con los cuales se puedan describir y predecir las composiciones d nuestros productos de interés.
Por ejemplo existen gran cantidad de plantas que producen amoniaco el cual e esencial para el crecimiento de muchos de los cultivos que nos alimenta lamentablemente están plantas no producen todo el nitrógeno que necesita grandes plantaciones que nos surten a diario de alimentos, por eso se hac necesario que se implementen cantidad de procesos con los cuales se sintetic sustancias nitrogenadas que suplan los requerimientos de nitrógeno amoniac que solicita la tierra. Para eso debe sintetizarse amoniaco a partir de nitrógen e hidrogeno molecular, como ya lo hemos visto en lecciones anteriores. Es reacción en específico presenta un equilibrio entre las especies reactantes y You're Reading a Preview producida, así que es de vital utilidad conocer las condiciones para las cuale se puede tener el máximo rendimiento de esta reacción. Unlock full access with a free trial.
De las siguientes químicas hallar sus respectiv Ejemplo 11. Downloadreacciones With Free Trial constantes de equilibrio.
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Not useful Usefulen a) Miremos que son especies que se encuentran estado gaseoso así expresaremos su concentración en forma de presiones parciales.
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c) Para el siguiente tenemos que identificar que las especies se encuentr en medio acuoso así que lo más apropiado es usar las concentracione molares para poder definir su constante de equilibrio.
Ejemplo 12.
A 500 K el PCl5 se descompone en un 14 % según la ecuació
Si en un recipiente de 2 l se ponen 2 moles de PCl 5 y se calienta hasta 500 encuentre el valor de Kc a esa temperatura
Si llamamos α al grado de descomposición significa que α = 0.14 ya que p cada mol de reactivo se descompone el 14 %.
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial Podemos hacer la contabilidad de los materiales involucrados en el equilibr teniendo en cuenta las moles iniciales cargadas, la cantidad de materia qu reacciona para saber las moles que quedan en el recipiente.
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Inicio Cambio
PCl5 2 -0.14(2)
PCl3 0.14(2)
Useful
useful NotCl 2
0.14(2)
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⇔
A 134ºC, K = 66 atm para: N O (g) 2NO (g). Se ponen Ejemplo 13. p 2 4 2 moles de N O en un reactor y se alcanza el equilibrio a 134ºC y 1 atm d 2 4 presión. Hallar el grado de disociación del N 2O4 NO
NO
n -n α n (1- α) n (1- α) + 2 n α = n(1+ α)
2nα 2nα
2
Inicio Cambio equilibrio totales
4
2
Las presiones parciales serán:
You're Reading a Preview
Por lo tanto k p será:
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Esta ecuación puede resolverse por la fórmula la ecuación cuadrática pa Useful de Not useful dar α = 0.97
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Según la ecuación del de la reacción química por cada 1 mol de CO (g) que 2
produzca, se obtendrá 1 mol de vapor de agua y 2 moles de amoniaco.
De la ecuación de los gases, P·V = nRT, se deduce que la presión de un gas el nº de moles del mismo son directamente proporcionales, en las misma condiciones. Por tanto:
Si “p” es la presión parcial del CO 2 en el equilibrio, la presión parcial del vap
de agua también será “p” y la presión parcial del amoniaco será “2·p sustituyendo:
La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales You're Reading a Preview
full access withpa = free trial. PT = p + p + 2 p = 4 p = 2.8 Unlock atm por lo que 0.7 atm 4 Por lo tanto, K p = 0,96 atm Download With Free Trial
Lección 10.
Principio de le Châtelier.
Sign up votealterado on this titlepor cualqui El equilibrio químico, al ser un estado dinámico, setove Useful en useful Not tensión que se aplique al sistema, ya sea una variación la temperatura, en presión (en el caso de los gases) o en la cantidad de uno de los componentes.
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Si a este sistema se le aumenta la presión por disminución del volumen total, sistema reacciona de tal manera que el número total de moléculas libres se menor, es decir, consumiendo 2 moléculas de A y una de B (3 moléculas) producir una sola molécula de A 2B.
Para el caso del equilibrio ácido acético - acetato descrito anteriormente, adicionamos una cantidad de ácido acético a la solución el sistema s desplazará a consumir esta especie por lo que se producirá más ión aceta hasta que se alcance un nuevo estado de equilibrio. Este efecto d desplazamiento del equilibrio debido a la materia se conoce como “ ley d acción de la masa”
El químico francés Henry Louis le Châtelier observo lo que pasaba con equilibrio químico cuando un factor externo cambiaba una de los parámetros a que se definió el siguiente principio.
“si un sistema en equilibrio es perturbado por un cambio de temperatur
presión o concentración de uno de los componentes, el sistema s desplazara su posición deYou're equilibrio dea modo Reading Previewque se contrarreste el efec de la perturbación’.
Unlock full access with a free trial.
Sin embargo en esta lección aplicaremos esta teoría a procesos químicos y d Download With Free Trial esta manera determinar cualitativamente que pasa con el equilibrio cuando s quita o se adiciona productos, se cambia la temperatura o se modifica la presió del sistema.
Empecemos por tomar una reacción sencilla para que evaluemos el prim Sign up to vote on this title criterio relacionado con el cambio en las concentraciones
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Figura 5 Efecto en el equilibrio del amoníaco al adicionar hidrógeno
Como se observa en la Figura 5 al aumentar instantáneamente la presió You'reparcial Reading parcial de hidrógeno, la presión dea Preview amoníaco aumenta, se produce má de esta especie, a costa del nitrógeno presente, Unlock full access with a free trial. es por esto que éste últim disminuye su presión parcial, el sistema responde a la perturbación del aumen de la cantidad de hidrógeno,Download consumiéndolo y Trial produciendo más amoníaco. With Free
En lo referente con cambios de volumen y presión se puede hacer el siguien análisis:
Si aumentamos la presión total en un sistemaSign enupequilibrio, este responder to vote on this title tendiendo a disminuir la presión del sistema a través de la disminución de Useful Not useful cantidad de moléculas presentes en la fase gaseosa. Miremos la siguien reacción para visualizar mejor lo que hablamos.
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presión aumenta; de esta manera, al aumentar el volumen el sistema pod soportar más cantidad de moléculas en el equilibrio y por tanto pod desplazarse hacia la producción de dióxido de nitrógeno.
Efecto de la temperatura:
Para el caso en que las reacciones son endotérmicas o exotérmicas, el camb en la temperatura afecta el equililbrio favoreciendo uno de los procesos segú sus características energéticas. De tal manera que un aumento en temperatura favorecerá las reacciones que requieran energía térmica desfavorecerá las reacciones que la produzcan, el sistema responde de t manera que la energía en exceso adicionada al sistema sea consumida en reacción endotérmica este planteamiento se muestra en la Tabla 8. REACCION ENDOTERMICA TIENDE A LOS AUMENTO DE T PRODUCTOS AUMENTO DE T DISMINUCION DE TIENDE A LOS DISMINUCION DE T REACTIVOS You're Reading T a Preview
REACCION EXOTERMIC TIENDE A LO REACTIVOS TIENDE A LO PRODUCTOS
Unlock full access a free trial. en equilibrio frente a los Tabla 8 tendencia de las reacciones nowith isotérmicas cambios de temperatura
Download With Free Trial
Miremos ahora de una manera práctica una reacción para q Ejemplo 15. evaluemos entonces la dirección de su equilibrio.
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Simplemente para evaluar esta reacción basta con mirar el delta de entalp estándar, con eso nos damos cuenta de que es una reacción exotérmica pues
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presión aunque también puede lograrse por la extracción continua del produc de interés.
EJERCICIOS CAPÍTULO 2 1. Considere el equilibrio químico el cual sigue las siguientes condiciones. ΔH<0: Como afectaría los siguientes cambios en el equilibrio de esta reacción. a) b) c) d) e)
Se agrega oxigeno molecular al sistema. Se calienta la mezcla de la reacción. Se duplica el volumen del recipiente en donde se desarrolla la reacción. Se aumenta la presión del sistema adicionando un gas noble. Se extrae trióxido de azufre del sistema. You're Reading a Preview
2. el metanol (CH3OH) se prepara mediante la reacción de monóxido d full access with a free trial. carbono con hidrogenoUnlock molecular. Download With Free Trial
a) De acuerdo a la reacción halle la entalpia estándar de formación. b) Para incrementar la producción de metanol que haría usted, aumentar disminuir la temperatura. Sign up to on this title c) Para aumentar la tendencia del equilibrio hacia el vote metanol que haría uste con la presión del sistema (aumentaría o disminuiría). Useful Not useful Explique claramente y con conceptos previos la justificación de s respuesta.
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4. Escriba la expresión de la K eq de las reacciones siguientes. Indique en cad caso si la reacción es homogénea o heterogénea. (a) 3NO(g) N2O(g) + NO2(g)
(b) CH4(g) + 2H2S(g) CS2(g) + 4H2(g) (c) Ni(CO)4(g) Ni(s) + 4CO(g) (d) 2Ag(s) + Zn2+(ac) 2Ag+(ac) + Zn(s) 1. Se establece el equilibrio siguiente a 500 K: 2NO (g) + Cl2(g) 2NOCl(g)
Una mezcla de equilibrio de los tres gases tiene presiones parciales d 0.095, 0.171 y 0.28 atm de NO, Cl 2 y NOCl, respectivamente. Calcule Ke de esta reacción a 500 K.
2. Se coloca una mezcla de 0.2000 mol de CO 2, 0.1000 mol de H 2 y 0.16 mol de H2O en un recipiente de 2.00 L. Se establece el equilibrio siguiente 500 K: You're Reading a Preview + H2(g)ΔCO(g) + H2O(g) CO2(g) Unlock full access with a free trial. En el equilibrio (a) Calcule las presiones parciales de equilibrio de CO 2, H2 y CO. Download With Free Trial (b) Calcule la K eq de la reacción.
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CAPÍTULO 3.
TERMODINÁMICA QUÍMICA
En este capítulo el estudiante adquirirá conocimientos de termodinámica básica las incidencias que tienen en las reacciones químicas, podremos comprend algunos conceptos de fenómenos como la entropía y la relación con la ineficienc de los procesos reaccionantes.
Lección 11. Espontaneidad Empecemos por mencionar la importancia de comprender un sistema como u todo, lo primero a tener en cuenta es que el manejo energético que está dad por la primera ley de la termodinámica según la cual “la energía no se crea n desaparece, solo se transforma”. La primera ley de la termodinámica nos ayud a realizar una contabilidad de la cantidad de energía involucrada en un proces con lo es posible determinar qué cambios puede sufrir nuestro sistema. Pese que la energía del universo se conserva, por experiencia sabemos que existe sucesos que se dan porque tienen ciertas condiciones que les permiten cambi en sí mismo como sistema oYou're afectar su entorno. Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Cuando un proceso de este tipo sucede sin que existan eventos externos que genere se puede decir que este es un proceso espontaneo, es así como un Download With Free Trial pelota en la cima de una cuesta tenderá a bajar por ella, sin que nad intervenga, lo mismo ocurre con una taza de café caliente que tenderá disminuir su temperatura y un clavo de hierro nuevo expuesto a la atmósfera s oxidar; la sal común puesta al aire en un día lluvioso absorberá agua del aire formará líquido salado sin que ningún factor externo intervenga, esto suced Sign to vote on this que title se tapone comúnmente en los saleros de los restaurantes loupque genera Useful Not useful sus agujeros con sal humedecida. Para tener el una mejor concepción de de lo visto anteriormente veamos
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2) La energía cinética de un automóvil debida a su movimiento pued acumularse energía química en el combustible. 3) El vapor de agua a 100 °C y 1 atmósfera atmósfera formará pequeñas gotas líquido.
Solución
1) El agua al al momento de sobrepasar el precipicio, perderá el soporte d lecho del río por lo que caerá hasta el fondo del precipicio, este proceso se d naturalmente, es espontáneo.
2) Por experiencias sabemos que la gasolina dentro del tanque de u automóvil no se regenera por la acumulación de energía cinética, por contrario, la energía química del combustible es la que se transforma en movimiento propio del automóvil, el proceso descrito se da en sentido invers de forma natural
3) El vapor de agua puede condensarse para formar agua líquida, embargo, a las condiciones descritas, el líquido puede hervir y formar vapor, que indicaría que el vapor y el líquido se encuentran en equilibrio y si s mantienen las condiciones, no habrá tendencia a cambiar.
Procesos reversibles e irreversibles
Un proceso reversible se da de tal manera que es posible devolver tanto sistema como sus alrededores al estado en que estaban antes de ocurrir up toel vote on this titlepor ejempl proceso, por lo que no hay un cambio netoSign para sistema, useful Usefulenergía Notdel Podemos hacer un trabajo sobre un resorte sacando ambiente pa comprimirlo muy lentamente, si liberamos la fuerza de compresión, es posib recuperar la energía invertida si se permite que el resorte haga un trabajo
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Supongamos un kg de agua contenida en un tanque A 100 °C y una atmósfer podemos generar vapor suministrando lentamente una cantidad de energía e forma de calor, obteniéndola del ambiente; por otro lado, es posible recuperar energía gastada permitiendo que el vapor se condense lentamente y así ten el sistema y el exterior como estaban antes de iniciar la ad ición de energía.
Un proceso irreversible es aquel que no se puede invertir para devolver sistema y sus alrededores a su estado inicial o que para hacerlo es necesar una serie de etapas diferentes a las seguidas para producir el cambio. tomamos un vaso con agua y adicionamos una cantidad de azúcar, al fin tendremos que el azúcar se disuelve en el agua formando un líquid homogéneo, si quisiéramos tener las dos sustancias en su estado inici tendríamos, por ejemplo, que evaporar el agua, permitiendo que el azúcar s cristalizara, al mismo tiempo que se recoge el vapor y se permite que s condense en agua líquida, como se ve el camino para devolver el sistema a s estado original es diferente al seguido para generar el cambio (un mezclado).
Ya que sabemos que la energía se conserva podríamos utilizar la energ potencial ganada por un automóvil al subir una cuesta para regenerar combustible en el tanque haciendo que el automóvil se moviera libremen cuesta abajo, la experiencia nos dice que esto es imposible, así como imposible regenerar un papel después de que se ha quemado, aunque s hubiera recogido todo el CO 2, el vapor de agua y las cenizas generadas en proceso.
Considere un sistema como el que se muestra en la Figura 7. Un elevador encuentra unido a un contrapeso a través de una polea. Haciendo un traba up to voteen onel thiscontrapeso, title sobre el elevador es posible acumular energíaSign potencial es Not useful Useful energía potencial se puede utilizar para elevar algunacarga y recuperar trabajo utilizado, sin embargo, la fricción contra el plano inclinado hace que alg de la energía que se utilizó inicialmente se pierda como calor y no pued
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Calor o j a b a r T P e s o
Figura 7 ejemplo de proceso irreversible
Lección 12.
e l e v a d o
La entropía
Definir la entropía, es casi tan difícil o aún más que definir la energía, Sign up to vote this title diferencia radica en que el concepto de energía nos es on más familiar ya qu useful Useful laNot cotidianamente vemos los efectos de la presencia o no de energía.
La entropía nos permite predecir cuál va a ser la dirección en la que se va a d
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La entropía puede asimilarse como una medida del desorden molecular de u sistema. Podemos incluir un ejemplo de la termodinámica termodinámica clásica: un sistem de matraces como se muestra en la Figura 8 en el que se presentan la siguientes condiciones: Uno está lleno de un gas el cual se encuentra a un presión constante de 1 atm, atm, por su parte el otro matraz se encuentra en vacío
Si se abre la válvula; el proceso que suponemos como normal será el que s equilibre el sistema, al igualarse la presión de los dos matraces, matraces, al inicio moléculas de gas se encuentran cercanas, al abrir la válvula, el movimien aleatorio de las moléculas hace que ocupen todo el espacio y llenen también segundo matraz.
Luego de la expansión las moléculas pueden moverse en distancias má grandes, el sistema está menos ordenado que al inicio, este proceso se da s que medie alguna transferencia de calor o trabajo sobre el sistema, se da d manera espontánea. El proceso inverso en el que las moléculas de ga distribuidas en los dos matraces se muevan y se confinen en uno solo matra es inconcebible sin la intervención de algún agente ag ente externo.
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las condiciones en las que se encuentra el sistema y no del proceso que s siguió para llegar a él y podemos definir un balance para la entropía como:
Un valor positivo de delta de entropía nos señala que el estado final s encuentra más desordenado que el estado inicial, por lo que es más probab que el proceso se dé espontáneamente en la dirección considerada y no en inversa.
Considerando el desorden de los reactivos y producto Ejemplo 17. prediga si el cambio de la entropía será positivo o negativo en cada uno de lo siguientes procesos [5]
a) La evaporación de un líquido se da acompañada de un gran aumento d You're Reading a Preview volumen. Un mol de agua en estado líquido ocupa alrededor de 18 ml, y e Unlock full access with a free trial. forma de vapor a condiciones de gas ideal ocupara un volumen de 22 litro debido a que las moléculas están distribuidas en un volumen mucho may Download With Free Trial en estado gaseoso que en estado líquido, el desorden aumenta durante vaporización. Por lo tanto el cambio de entropía es positivo.
b) En este proceso los iones que pueden moverse libremente en el volume más grande de la disolución forman un sólido compacto en elque la Signel up cambio to vote on de this la titleentropía pa moléculas se encuentran ordenadas por eso Useful Not useful los iones sería negativo.
c) Igualmente en este caso también disminuye la entropía puesto que de u
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Relación ente la entropía, el intercambio calórico y la temperatura.
Sin lugar a dudas hemos entendido la entropía como un valor extraño y un poc abstracto, sin embargo podemos relacionarlo con otros valores que tiene igualmente importancia para todas las relaciones termodinámicas. Entendemo por ejemplo como un cuerpo puede pasar de un estado X a un estado supongamos que la ruta que utiliza, realiza un intercambio de calor, pero hace de una manera reversible tal y como ya lo habíamos visto previamente, tratarse de un proceso reversible, este se desarrolla en condiciones isotérmica De lo anterior podemos extraer información valiosa para expresar la entropía e función del calor transferido en forma reversible y la Temperatura absolu de nuestro sistema.
Hallar el cambio de entropía de un sistema que contiene 1 m Ejemplo 18. de agua líquida que pasara a fase de vapor a 100 grados centígrados y condiciones normales de ebullición [5]. You're Reading a Preview
Unlock al fullsistema access with durante a free trial. este proceso, q rev, es el cal La cantidad de calor transferida de vaporización que se conoce como el delta de entalpia de vaporización Download With Free Trial además se desarrolla a temperatura de 373K que es la temperatura normal d ebullición del agua.
Para el agua tenemos:
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Los valores del calor necesario para un cambio de fase (calor de fusión, cal de vaporización, etc.) se han determinado y se encuentran tabulados pa
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En este caso, el cambio de entropía ∆ Svap es positivo, esto significa que es sistema presenta un mayor desorden en el estado final que se encuentra e fase vapor, que en estado inicial donde se encontraba en forma líquida, proceso es posible porque aumenta el desorden molecular del sistema.
El mercurio es un metal que a condiciones ambientale Ejemplo 19. normales se encuentra en estado líquido. El punto normal de congelación d mercurio es -40 C, y su entalpia molar de fusión es de 2.29 kJ/mol.
a) Cuál es el cambio de entropía del sistema cuando 50 g de mercurio liquid se solidifica en el punto normal de congelación.
En primera instancia debemos analizar que se trata de un proceso que e reversible ya que se encuentran en un proceso de cambio de fase similar a ebullición, ahora bien también podemos tener en cuenta que se trata de u proceso de congelación en el cual se está extrayendo energía en forma de cal a lo cual podemos denotarlo como un proceso netamente exotérmico. Ademá tenemos que el calor de fusión es el inverso aditivo del calor de congelación a que ΔHcong=-2,29 así que calculando el calor tenemos: You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Signnegativo, up to vote on this title Como podemos ver el cambio de la entropía es significando de es Useful usefulmanera má manera que en el estado sólido este se mantiene deNotuna organizada la arquitectura molecular en comparación con el estado líquid Ahora bien supongamos que el mercurio fue enfriado con nitrógeno. Entonc
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