ejemplos de informes

FISICOQUÍMICA FISICOQUÍMICA DE SUPERFICIES Y CINÉTICA QUÍMICA CLAVE 1487 MANUAL DE LABORATORIO 2004-1 DEPARTAMENTO DE FISICOQUÍMICA.

M. en C Josefina Viades Trejo. Q.F.B. Isabel Torreblanca Sentíes. Dr. P. Carlos González Hernández. Dra. Carmen Ponciano. Quim. Carmen Vázquez. Q.F.B. Emma González Chimeo. Q.F.B. Rosa Ma. Hernández Garibay. Q.F.B. Silvia Kawasaki Watanabe. Q F.B. Alicia Posada Maya. Dra. Irma Susana Rojas Tomé. Q.F.B. Maricarmen Quirasco Baruch.

Responsable de la edición: M. en C. Josefina Viades Trejo

JULIO 2003

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA DE SUPERFICIES Y CINÉTICA C INÉTICA QUÍMICA. CALENDARIO DE ACTIVIDADES. SEMESTRE 2004-1

MES

DÍA

SEMAN

ACTIVIDAD

A

AGOSTO

SEPTIEMBRE

OCTUBRE

NOVIEMBRE

DICIEMBRE

1 2 3 4

L 18 25 01 08

M 19 26 26 02 02 09

M 20 27 27 03 03 10

J 21 28 28 04 04 11

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

15 22 29 06 13 20 27 03 10 17

16 23 30 07 07 14 21 28 28 04 11 11 18

17 24 01 08 08 15 22 29 29 05 12 12 19

18 25 02 09 09 16 23 30 30 06 13 13 20

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24 25 25 26 26 27 27

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01 02 02 03 03 04 04

V 22 Bienvenida al curso. Cambios grupo upo 29 29 Determinación del orden. 05 05 Efecto de temperatura. 12 Efecto cinético salino primario Parte I. 19 Parte II. Efecto del pH 26 Examen primer ciclo. 03 Tensión superficial. 10 10 Isoterma de adsorción. 18 Examen segundo ciclo 24 Preparació ción de sistema emas coloid oidales 31 31 vh y [ η] del glicerol . 07 Propiedades reológicas 14 14 Examen tercer ciclo 21 Entrega calificaciones a los alumnos 28 28 Entrega califis Jefatura Asignatura. 05 05

SEMANA 5: Los grupos de lunes y martes trabajarán en una sola sesión las prácticas de Efecto cinético salino primario partes I y II, los días 08 y 09 de septiembre respectivamente. SEMANA 14; Los grupos del jueves, jueves, fijarán con sus maestros, una fecha alterna para recibir sus calificaciones de laboratorio durante la semana del 17 al 21 de noviembre. Cd. Universitaria a 14 de julio de 2003 _________________________________  M. en C. Josefina Viades Trejo. Jefe de Fisicoquímica de Superficies y Cinética Química.

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FACULTAD DE QUÍMICA. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. DEPARTAMENTO DE FISICOQUÍMICA. FISICOQUÍMICA DE SUPERFICIES Y CINÉTICA QUÍMICA (1487) CARRERA: QUÍMICA DE ALIMENTOS.

OBJETIVOS GENERALES DE APRENDIZAJE. Al finalizar el curso los alumnos serán capaces de:

 Definir los conceptos fundamentales de la cinética química, para el estudio de la influencia de las variables que afectan al comportamiento de un sistema reactivo, y su aplicación en el estudio de la estabilidad de un producto alimenticio.  Explicar los principios fisicoquímicos que se aplican en el estudio de la naturaleza, comportamiento y estabilidad de sistemas coloidales (emulsiones y dispersiones alimenticias) CONTENIDO DEL CURSO TEÓRICO. UNIDAD 1. CINÉTICA QUÍMICA.

OBJETIVOS: Al finalizar la unidad los alumnos serán capaces de:

 Definir y explicar con sus palabras los conceptos fundamentales de la cinética química.  Obtener experimentalmente e interpretar datos cinéticos, para el estudio de la influencia de las variables que afectan al comportamiento de un sistema reactivo.  Citar algunos ejemplos de la aplicación de la cinética química en el campo de la ciencia de alimentos. TEMA 1. CONCEPTOS BÁSICOS Y LEYES EMPÍRICAS DE LA CINÉTICA QUÍMICA. 1.1 Interpretación y definición de los términos: rapidez de reacción, constante de rapidez, orden de reacción, molecularidad, reacción elemental, mecanismo de reacción, etapa determinante de rapidez, tiempo de vida media y ley experimental de rapidez. 1.2 Determinación de la ley experimental de rapidez. Determinación del orden de reacción: efecto de la concentración de los reactivos sobre la rapidez de reacción: a) Ecuaci Ecuacione oness inte integra gradas das de orden orden cero, cero, primer primero, o, segund segundoo y “n” orden. orden. Manejo Manejo del método integral para obtener el orden respecto al tiempo (nt) b) Método Método difere diferenci ncial: al: obt obtenc ención ión de los órdene órdeness respect respectoo al al tiemp tiempoo (n (nt) y a la concentración (nc) 3

c) d) e)

Determinación del orden por el método de la vida media. Comparación de métodos. Ventajas y desventajas de cada uno. Ejemplos de reacciones de importancia en el campo de los alimentos.

Bibliografía *: 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12 (vol 1) al 16 (vol 2), 17 al 21 y 25. TEMA 2. INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO TEÓRICO O MOLECULAR DE LA CINÉTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. 2.1 Efecto de la temperatura sobre la rapidez de reacción: a) Teoría de Arrhenius. Determinación de la energía de activación y el factor de frecuencia. Su aplicación en el estudio de la estabilidad de productos alimenticios y en la determinación de la fecha de caducidad de alimentos. b) Teoría de las colisiones. Número de colisiones y factor de probabilidad. c) Teoría de la rapidez absoluta. Factor universal de frecuencia, entalpía, entropía y energía libre en el estado de transición. d) Comparación de las tres teorías. 2.2 Reacciones en solución. Efecto cinético salino primario. Bibliografía: 2, 3, 4 al 8, 10, 11, 12 (vol 1 y 2) al 16 (vol 2), 17 al 21 y 25. TEMA 3. REACCIONES CATALÍTICAS. 3.1 Reacciones catalíticas. a) Interpretación de los términos: catálisis, catalizador, inhibición, inhibidor, catálisis homogénea, heterogénea y enzimática. b) Comparación de reacciones catalíticas con reacciones en ausencia del catalizador. c) Determinación del orden respecto al catalizador. 3.2 Catálisis homogénea. Efecto de pH. 3.3 Catálisis heterogénea. 3.4 Catálisis enzimática. a) Ecuación de Michaelis-Menten y corrección de Briggs y Haldane. b) Enzimas alostéricas y modelos de Monod-Wyman y Changeux (MWC) y de Koshland-Nemethy y Filmer (KNF) Bibliografía: 2, 3, 4 al 8, 10, 11, 12 (vol 1 y 2) al 16 (vol 2), 17 al 21 y 25. UNIDAD 2. QUÍMICA DE SUPERFICIES. OBJETIVOS: Al finalizar la unidad los alumnos serán capaces de:

 Enlistar y definir los fenómenos superficiales. Ejemplos de aplicaciones al campo de los alimentos.  Explicar con sus palabras en qué consisten los fenómenos superficiales y qué factores los afectan.

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TEMA 1. TERMODINÁMICA DE SISTEMAS CON INTERFASE. 1.1 Fenómenos de intercara. Definición, tipos de superficies e importancia. 1.2 Tensión superficial. Definición. Energía libre de superficie y trabajo superficial. Ecuaciones de estado en superficies. Variables que la afectan. Medición de la tensión superficial. Ecuación de Young-Laplace. Ángulos de contacto. Ecuación de GibbsDuhem. 1 3 Trabajos de adhesión, y de cohesión. Coeficiente de extensión (esparcimiento) 1.3 Adsorción. Definición. Factores que afectan a la cantidad adsorbida. Tipos de adsorción (química y física) Isotermas de adsorción (Langmuir, Freundlich y B.E.T.) 1.4 Determinación del área superficial específica del adsorbente y del área molecular del adsorbato. Bibliografía: 1, 3, 5, 9, 10, 13 al 16 (vol 1), 18, 20, 22, 24 y 26. TEMA 2. AGENTES TENSOACTIVOS. 2.1 Agentes tensoactivos. Aplicaciones. Importancia industrial del B.H.L. Cálculos de B.H.L de mezclas de tensoactivos. 2.2 Propiedades de soluciones de tensoactivos. Formación de micelas, concentración micelar crítica (CMC). 2.3 Emulsiones y suspensiones. Teoría general y métodos de preparación. Bibliografía: 1, 9, 15, 16 (vol 2), 18, 19, 22 al 24 y 26. UNIDAD 3. INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA DE LOS COLOIDES. OBJETIVOS: Al finalizar la unidad los alumnos serán capaces de:

 Explicar la naturaleza y comportamiento de los sistemas coloidales con base a sus características físicas, propiedades cinéticas, superficiales y ópticas.  Explicar los principios fisicoquímicos que se aplican en el estudio de la estabilidad de sistemas coloidales (emulsiones y dispersiones alimenticias) TEMA 1. DESCRIPCIÓN, PREPARACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS  COLOIDALES. 1.1 Descripción de los sistemas coloidales: forma, tamaño, afinidad con el medio de dispersión, flexibilidad, relación área/volumen. 1.2 Clasificación de sistemas coloidales. 1.3 Preparación de sistemas coloidales: a) Métodos de agregación (condensación) b) Métodos de disgregación (dispersión) 1.4 Métodos de purificación. 1.5 Polidispersión y promedios (pesos moleculares promedio) Bibliografía: 3, 4, 8, 10,15, 16 (vol 1), 18, 19, 24 y 26.

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TEMA 2. PROPIEDADES ELÉCTRICAS. 2.1 Teorías de la doble capa eléctrica. 2.2 Estabilidad de coloides. Regla de Schulze-Hardy. Series liotrópica y liofóbica. 2.3 Potencial zeta (ξ ) y fenómenos electrocinéticos. Bibliografía: 3, 4, 8, 10, 15, 16 (vol 1), 18, 19, 24, y 26. TEMA 3. PROPIEDADES CINÉTICAS Y ÓPTICAS. 3.1 Ósmosis y presión osmótica. Determinación de pesos moleculares. Efecto Donnan sobre presión osmótica, su influencia sobre la determinación del peso molecular y formas de reducirlo al mínimo. 3.2 Difusión. Leyes de Fick y de Einstein. Determinación del coeficiente de difusión y obtención del peso molecular. Relación entre el movimiento browniano y la difusión. 3.3 Sedimentación. Ley de Stokes. Determinación de pesos moleculares por los métodos de equilibrio de sedimentación y velocidad de sedimentación. 3.4 Transporte de momentum. Determinación de viscosidades relativa, específica e intrínseca. Ecuación de Poiseuille. Determinación de peso molecular. 3.5 Propiedades Ópticas. Dispersión de la luz. Efecto de Tyndall. Determinación de pesos moleculares. Bibliografía: 2 al 5, 7, 8, 13, 15, 16 (vol 2), 18, 24 y 25. BIBLIOGRAFÍA. 1. Adamson, A.W., “Physical Chemistry of Surfaces”, John Wiley & Sons Inc., 1990. 2. Alberty, R.A.& Silbey R.J., “Physical Chemistry”, John Wiley & Sons, 1992. 3. Atkins, P.W., "Fisicoquímica", Addison Wesley Iberoamericana, 3ª edición, 1991. 4. Barrante, J.R., "Physical Chemistry for the Life Sciences", Prentice Hall, 1977. 5. Barrow, G.M., "Physical Chemistry for the Life Sciences", 2 vol. N.Y., 1977. 6. Boudart, M., “Kinetics of Chemical Processes”, Butterworth-Heinemann, 1996. 7. Castellan, G.W., "Fisicoquímica", Addison Wesley, 2ª edición, 1987. 8. Chang. R.W., "Fisicoquímica con aplicaciones a sistemas biológicos", CECSA, México, 1987. 9. Christmann, K., “Introduction to Surface Physical Chemistry”, Steinkopff Verlag Darmstadt, 1991. 10. Crockford, H.D. & Knight, S.B., “Fundamentos de Fisicoquímica”, Cia. Editorial Continental, 1989. 11. Frost and Pearson., "Kinetics and Mechanisms", Wiley and Sons, 1971. 12. Laidler, K.J., "Cinética de Reacciones", 2 vols, Ed. Alhambra, 1966. 13. Laidler, K.J., "Physical Chemistry with Biological Applications", Benjamin Cummings, 1978. 14. Laidler, K.J., “The World of Physical Chemistry”, Oxford University Press, 1995. 15. Laidler, K.J. & Meiser, J.M., “Fisicoquímica”, CECSA, 1ª edición español, 1998. 16. Levine, I.N., "Fisicoquímica", 2 vols, Mc. Graw Hill Interamericana de España, 3ª edición, 1997. 17. Logan, S.R., “Fundamentos de Cinética Química”, Addison Wesley, 2000

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18. Martin, A.N., "Physical Pharmacy (Physical Chemical Principles in the Pharmaceutical Sciences)", Ed. Lea & Febiger, 1993. 19. Moore, "Fisicoquímica Básica", Prentice Hall, 1986. 20. Morris, J.G., “Fisicoquímica para Biólogos (Conceptos Básicos para las Facultades de Medicina, Farmacia y Biología)”, Editorial Reverté S.A., 1993. 21. Mortimer, R.G., “Physical Chemistry”, Benjamin/Cummings Pub. Co., 1993. 22. Mysels, K.J., "Introduction to Colloid and Surface Chemistry", Interscience Publications, N.Y., 1967. 23. Rosen, M.J., “Surfactants and Interfacial Phenomena”, John Wiley & Sons, 2 ed., 1989. 24. Shaw, D.J., "Introducción a la Química de Coloides y Superficies”, Ed. Alhambra, 1977. 25. Tinoco, I., Sauer, K., Wang, J.C., "Fisicoquímica. Principios y Aplicaciones en las Ciencias Biológicas", Ed. Prentice Hall International, 1980. 26. Van Holde, K.E., "Bioquímica Física", Ed. Exedra, 1979. INDICACIONES DE SEGURIDAD. 1. 2. 3. 4. 5.

Prohibido fumar, comer o beber en el laboratorio. Uso obligatorio de bata en el laboratorio. PRECAUCIÓN por ningún motivo debe tomarse los volúmenes de los reactivos con pipeta, para ello se proporcionan buretas o en su defecto probetas. En el ciclo de prácticas de cinética se manejan soluciones de ferricianuro de potasio muy diluidas, es muy importante seguir las recomendaciones del punto 3. Los residuos de las prácticas que se realizan en los 3 ciclos, pueden desecharse en la tarja ya que: i) Los residuos de las mezclas de reacción en el ciclo de cinética, son volúmenes muy pequeños (menores a 1 mL) de soluciones aproximadamente 10-6 M de ferrocianuro de potasio y de ácido nítrico entre 10 -1 y 10-2 M. ii) En el ciclo de química de superficies, en la práctica de tensión superficial se usan soluciones acuosas de etanol y en la práctica de adsorción soluciones de ácido acético; en ninguno de los dos casos son sustancias tóxicas. El carbón activado usado para la adsorción se desecha en el cubo de la basura y tampoco presenta peligro de toxicidad. iii) En cuanto al ciclo de química de los coloides, se preparan coloides como el de azul de Prusia y geles de almidón y gelatina. Para el volumen de hidratación se usan soluciones de glicerol. En ninguno de los casos mencionados existe ningún peligro de toxicidad si se arrojan al desague.

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PRIMER CICLO: CINÉTICA QUÍMICA Práctica

1.

Estudio de la cinética de oxidación de la vitamina C con ferricianuro de potasio. Determinación de la ley experimental de rapidez. Objetivo Principal. Determinar la ley experimental de rapidez de la reacción de oxidación de vitamina C con ferricianuro de potasio Objetivos Secundarios. 1 1

Utilizar el método de aislamiento de Ostwald para el diseño del experimento. Determinar los órdenes parciales, aplicando el método integral para el análisis de los datos cinéticos.

Prelaboratorio. 1. Investigue cuál es el fundamento de la espectrofotometría y de la ley de Lambert-Beer. 2. ¿Qué es una curva patrón y para qué se utiliza en esta práctica? ¿Porqué se construye la curva patrón en función de la concentración de ferricianuro de potasio? 3. Defina los siguientes términos: a) Rapidez, b) Ecuación experimental de rapidez. c) Orden de reacción d) Constante de rapidez y e) Reactivo limitante. 4. Escriba la ecuación de la reacción que se efectúa entre la vitamina C y el ferricianuro de potasio. 5. ¿Qué proporcionalidad guarda la rapidez respecto a la concentración en una reacción de 0, 1º y 2º orden? 6. Escriba las ecuaciones de rapidez integradas de 0, 1º y 2º orden en la forma de la ecuación de la línea recta. 7. Diga cuál es la metodología seguida para establecer una ley experimental de rapidez. 8. Mencione los fundamentos, ventajas y desventajas del método integral. 9. Calcule las concentraciones iniciales de la vitamina C y del ferricianuro de potasio en las mezclas de reacción e indica cuál es el reactivo “aislado” y cuál el “desbordado” en este experimento. 10. ¿En qué consiste y cuál es la utilidad del método de aislamiento de Ostwald?. 11. Lea la técnica experimental y analícela. Haga una lista del material que utilizarás en esta práctica. Bibliografía*: 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12 (vol 1) al 16 (vol 2), 17 al 19 y 25.

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Técnica experimental.

 Calibre el espectrofotómetro de acuerdo a las instrucciones, utilice agua destilada como

blanco.  Etiquete, para cada corrida, 3 vasos de precipitados, limpios y secos, de la siguiente manera: H2A, K 3Fe(CN)6 y M.  Realiza 4 corridas como se indica en la siguiente tabla: Vaso K 3Fe(CN)6 Corrida ml K 3Fe(CN)6 ml HNO3 ml H2O Num. 0.0025 M 0.1M (destil) 1 8 2.0 0 2 6.4 2.0 1.6 3 4 2.0 4 4 3.2 2.0 4.8

Vaso H2A ml Vit C ml H2O 0.004M (destil) 5 5 4 6 2.5 7.5 2 8

• Una vez que tenga sus vasos de ferricianuro (K 3Fe(CN)6) y vitamina (H2A), preparados según la corrida que vaya a trabajar (ver tabla superior), vacíelos SIMULTÁNEAMENTE en el vaso M y al mismo tiempo dispare el cronómetro. • Vacíe cuidadosamente en la celda del espectrofotómetro un volumen ligeramente arriba de la mitad, nunca completamente llena y tome 10 lecturas de concentración a 418 nm a intervalos de 2 minutos. • Mida el pH de cada mezcla. NOTA: El tiempo entre lecturas, puede variar según avanza la reacción. Informe. I. OBJETIVOS. II.RESULTADOS. 1) MÉTODO INTEGRAL. Determinación del orden respecto al ferricianuro de potasio. a) Forma analítica del método integral: Construya una tabla de datos para cada corrida. Calcule los promedios de cada una de las constantes de seudo orden y sus respectivas desviaciones estandar. b) Forma gráfica del método integral: Trace para cada corrida las gráficas correspondientes a cero, primero y segundo orden. c) Analice sus tablas de datos y las gráficas anteriores y determine a cuál de los seudo órdenes corresponde el orden parcial del fericianuro. d) Obtenga para cada corrida, la constante de rapidez (k ps) del seudo orden del ferricianuro determinado en el inciso anterior. 2) Determinación del orden respecto a la vitamina C: a) Con los valores de kps y el de concentración de la vitamina, de cada corrida, construya la tabla de log kps y log de [H2A]. b) Trace la gráfica de log k ps vs log [H2A]. III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO. 1. En el pH de trabajo, ¿en qué forma se encuentra predominantemente la vitamina C?

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2. Indique cuál es la forma reactiva de la vitamina C. 3. Explique el significado de los siguientes términos: orden respecto al tiempo y orden respecto a la concentración. Indique cuál de ellos se obtuvo en esta práctica. 4. Escriba la ley (ecuación) experimental de rapidez que obtuvo en su práctica. Práctica . 2. Estudio de la cinética de oxidación de la vitamina C con ferricianuro de potasio. Influencia de la temperatura sobre la rapidez de reacción. Objetivo Principal. Estudiar el efecto de la temperatura sobre la rapidez de la reacción de oxidación de la vitamina C con ferricianuro de potasio. Objetivo Secundario. Determinar los parámetros: energía de activación, factor pre-exponencial, entropía, entalpía y energía libre de transición, involucrados en las teorías de Arrhenius y de la rapidez absoluta.. Prelaboratorio. 1. Mencione brevemente qué establecen las teorías de: a) Arrhenius, y b) del estado de transición. 2. Explica qué información proporciona cada uno de los parámetros de las teorías mencionadas, indicando sus unidades. 3. ¿Qué significa una energía de activación pequeña y qué nos dice acerca de la reacción? 4. ¿La rapidez de reacción es dependiente o independiente de la magnitud de la energía de activación? 5. ¿Qué significan a) una entropía de activación (∆ S*) negativa en una reacción y b) una energía libre de activación(∆ G*) positiva? 6. ¿Qué diferencia hay entre el factor pre-exponencial de Arrhenius (A), el número de colisiones (Z) y el factor universal de frecuencia (RT/Nh)? 7. El factor universal de frecuencia ¿es dependiente o independiente de la naturaleza de las especies reaccionantes? 8. ¿Por qué es necesario que los reactivos estén a la temperatura de trabajo antes de mezclarse y mantenerse a la misma temperatura durante todo el experimento? 9. Indica como se calcula ∆ G* 10. Explica por qué son diferentes los intervalos entre lecturas de concentración para cada una de las 4 corridas. Bibliografía: 2, 3, 4 al 8, 10, 11, 12 (vol 1 y 2) al 16 (vol 2), 17 al 21 y 25.

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Técnica experimental.

 Calibre el espectrofotómetro de acuerdo a las instrucciones, utilice agua destilada como blanco. • Para la obtención de los datos cinéticos (t y Concentración) se procede de igual manera que en la sesión anterior. • Se trabajan 4 corridas a diferentes temperaturas de la siguiente manera: Vaso K 3Fe(CN)6 Corrida Lecturas ml K 3Fe(CN)6 ml HNO3 ml H2O Num. (min) 0.0025 M 0.1M (destil) 1 7 5 10 10 2 5 5 10 10 3 1 5 10 10 4 0.5 5 10 10

T (oC) 4 20 30 40

Vaso H2A ml Vit C ml H2O 0.004M (destil) 6.3 18.7 6.3 18.7 6.3 18.7 6.3 18.7

• ANTES DE MEZCLAR LOS CONTENIDOS DE LOS VASOS K 3Fe(CN)6 Y H2A, póngalos en el baño de temperatura correspondiente a la corrida que vaya a trabajar  hasta que adquieran la T deseada y mantenga el vaso M en dicho baño. • Muestreo: Tome mínimo 10 lecturas a los intervalos señalados en la tabla anterior. Lea de inmediato y tire el contenido de la celda después de cada lectura. • RECUERDE que el intervalo entre lecturas debe variar según el avance de reacción. Informe. I. OBJETIVOS. II. RESULTADOS. 1. Con sus datos construya una tabla para cada corrida. 2. Para cada corrida construya una gráfica de 1/(a-x) vs t y obtenga k. 3. Con los valores de k de cada corrida construya una tabla de datos. 4. Trace la gráfica de Arrhenius: ln k vs 1/T. Obtenga la Ea y A. 5. Trace la gráfica de Eyring: ln [(kNh)/(RT)] vs 1/T. Obtenga el ∆ H* y el ∆ S* 6. Calcule el ∆ G* a cada temperatura. III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO. 1. Calcule la k a 0 y 50oC, para la reacción estudiada. 2. Calcule la temperatura a la cual la reacción estudiada tiene una k 2= 30 M-1 s-1. 3. Calcule el t0.5 a cada temperatura, incluyendo las calculadas en las preguntas 1 y 2. 4. ¿Es posible modificar el metabolismo de los sistemas biológicos variando la temperatura de los mismos? 5. Desde el punto de vista de la termodinámica ¿qué representan los términos ∆ H*, ∆ S* y ∆ G*?

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Práctica #. 3. Estudio de la cinética de oxidación de la vitamina C con ferricianuro de potasio. Efecto cinético salino primario y de pH sobre la rapidez. Problema. Establece las condiciones de pH y fuerza iónica a la temperatura de trabajo, para las cuales se tiene el mayor valor de constante de rapidez de la reacción: H2 A + 2 K 3Fe(CN)6 → A2- + 2 K 4Fe(CN)6 + 2 H+ Procedimiento experimental. 1. Se trabajan las corridas 1 a 6 indicadas en la siguiente tabla: Vaso K 3FE(CN)6 mezcla (mL) F.C. (mL) HNO3 (mL) H2O num. 0.004 M 1M (destil) 1 5 0 5 2 3 4 5 5 1 4 6 7 8 9 5 2 3 10 11 12

2. 3. 4. 5. 6. 7.

Vaso H2A (mL) Vit C (mL) NaCl 0.004 M 1M 2.5 5 4 3 2 2.5 4 3 2 1 2.5 3 2 1 0

(mL)H2O (destil) 2.5 3.5 4.5 5.5 3.5 4.5 5.5 6.5 4.5 5.5 6.5 7.5

Mida el pH de las mezclas. Tome 9 lecturas a intervalos de 2 minutos. Calcule: k = (1/t)[ 1/Ct – 1/Co ] y trace la gráfica de 1/Ct) vs t Anote los resultados en una tabla que incluya T, pH, I y k de cada mezcla de reacción. Trace la gráfica de log k vs √I para cada pH de trabajo. Trace la gráfica de log k vs pH para cada fuerza iónica (I) de trabajo.

Cuestionario. 1. ¿Cuál es el mecanismo de reacción propuesto para la oxidación de la vitamina C con ferricianuro de potasio? 2. ¿Cómo se calcula la fuerza iónica? 3. ¿Cuáles de las sustancias involucradas en la mezcla de reacción contribuyen de manera significativa a la fuerza iónica de la mezcla? 4. De acuerdo a la respuesta a la pregunta anterior, ¿Es necesario considerar a todas las especies presentes en la mezcla de reacción, para el cálculo de I? 5. ¿Cuál es la función del NaCl en las mezclas de reacción trabajadas?

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6. Analizando la tabla de mezclas de reacción, diga cuáles mezclas van a tener el mismo valor de pH y cuáles van a tener el mismo valor de fuerza iónica. 7. ¿Qué tipo de efecto cinético salino primario se obtuvo? ¿A partir de que datos experimentales obtuvo esta información? 8. De acuerdo con el tipo de efecto cinético salino primario obtenido, ¿Cuáles son los iones reaccionantes en la oxidación de la vitamina C? 9. Explica porqué encontraste diferencias en la rapidez de reacción de las mezclas estudiadas a diferentes fuerzas iónicas y pH constante. 10. ¿Cuál es la forma reactiva de la vitamina C? 11. ¿Cómo afecta el pH a la disociación de la vitamina C? 12. ¿Qué papel desempeña el HNO3 en la reacción en estudio? 13. ¿Hubo diferencia en el comportamiento de las mezclas trabajadas a diferente pH y fuerza iónica constante? En caso afirmativo diga usted cuál fue el comportamiento observado y a qué lo atribuye usted. 14. De acuerdo con su respuesta a la pregunta anterior ¿deberá aparecer la concentración del ácido nítrico en la ecuación de rapidez que usted encontró en la práctica 1 de esta serie? En caso afirmativo escriba la ecuación experimental de rapidez. 15. ¿Cuáles son las condiciones de pH y fuerza iónica a la temperatura de trabajo, para las cuales se tiene la mayor rapidez para la reacción estudiada a la temperatura de trabajo? Bibliografía: 2, 3, 4 al 8, 10, 11, 12 (vol 1 y 2) al 16 (vol2), 17 al 21 y 25

SEGUNDO CICLO: QUÍMICA DE SUPERFICIES. Práctica #. 4. Medición de la tensión superficial de soluciones acuosas de etanol. Objetivo Principal. Determinar el efecto de la concentración de etanol en soluciones acuosas, sobre la tensión superficial del agua. Objetivos Secundarios. 1. Aprender a medir la tensión superficial con el tensiómetro capilar. 2. Aplicar la isoterma de Gibbs para calcular la cantidad de etanol adsorbido en la interfase agua/aire. Prelaboratorio. 1. Defina los siguientes términos: interfase, tensión superficial, tensión interfacial, capilaridad, fuerzas de cohesión, fuerzas de adhesión y ángulo de contacto. 2. Explique el fundamento del tensiómetro capilar.

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3. Mencione 2 ejemplos de sustancias que al colocarse en una superficie de vidrio, presenten un ángulo de contacto menor a 90o y 2 que presenten un ángulo de contacto mayor a 90o. 4. ¿Indique cómo se clasifican los solutos de acuerdo a la forma en que afectan a la tensión superficial del agua? Use diagramas y gráficas. Proporcione 2 ejemplos de cada uno de ellos. 5. Escriba y explique la isoterma de Gibbs. Defina exceso de concentración en la superficie (Γ  ) 6. Realice los cálculos correspondientes para preparar 50 mL de cada una de las disoluciones acuosas de etanol mencionadas en la tabla incluida en la técnica experimental de esta práctica. 7. Investigue la densidad del etanol a 20, 22 y 25oC. 8. Investigue cómo se calculan la concentración molar y la fracción mol del etanol en las soluciones acuosas mencionadas en la tabla incluida en la técnica experimental de esta práctica. Bibliografía: 1, 3, 5, 9, 10, 13 al 16 (vol 1), 18, 20, 22, 24 y 26. Técnica experimental.

• Usa las soluciones acuosas de etanol de diferentes concentraciones en % m/v, que se te proporcionan. • Determina las densidades de las soluciones y del agua pura a la temperatura de trabajo. • Coloca aproximadamente 15 mL de las disoluciones en el tensiómetro, empezando por  la más diluida y mide (por triplicado) la altura alcanzada en el capilar. • Registra la temperatura de trabajo. Solución número [EtOH] (%m/v) 1 10 2 20 3 30 4 40 5 50 6 60 Informe. I. OBJETIVO. II. RESULTADOS. 1. Anote sus resultados en una tabla. 2. Construya la gráfica de: γ  Vs C (M) 3. Construya la gráfica de: γ  Vs ln X (donde X es la fracción mol del etanol en las soluciones) 4. Determine el exceso de superficie (Γ  ) con las dos ecuaciones siguientes: a) Γ  = -(C/RT)(dγ  /dC) b) Γ  = -(1/RT)(dγ  dlnX)

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III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO. 1. Explica si es importante mantener la temperatura constante durante la realización de esta práctica.. 2. Si en lugar de usar volúmenes de 15 mL de las disoluciones, se hubieran usado 20 mL para las determinaciones, los valores de tensión superficial hubieran sido los mismos o diferentes, explica tu respuesta. 3. Indica cuáles son las interfases que se encuentran presentes en las disoluciones acuosas de etanol. 4. Explica a qué se debe el efecto del etanol sobre la tensión superficial del agua. 5. Explica a qué se debe la tendencia que presentan los valores de exceso de superficie que calculaste.. 6. Explica en qué casos es posible utilizar el tensiómetro capilar para determinar la tensión superficial de un fluido.

Práctica #. 5. Determinación de la isoterma de adsorción del ácido acético sobre carbón activado. Objetivo Principal. Determinar la isoterma de adsorción del ácido acético sobre carbón activado. Objetivos Secundarios. 1. Estudiar el efecto de concentración y de la masa del adsorbente sobre la cantidad adsorbida a temperatura constante. 2. Calcular el área superficial específica del carbón activado. Prelaboratorio. 1. Define los siguientes términos: adsorción, adsorbente, adsorbato, x, m, Y, Ym, Σ , σ , θ e isoterma de adsorción. 2. Menciona la clasificación de los tipos de adsorción y explica en qué se basa la clasificación y las diferencias entre ellos. 3. ¿Cuáles son los perfiles gráficos de isotermas qué se conocen? Use las gráficas y explíquelas. 4. Escribe la ecuación de la isoterma de Langmuir y muéstrala en una gráfica. Bibliografía: 1, 3, 5, 9, 10, 13 al 16 (vol 1), 18, 20, 22, 24 y 26.

15

Técnica experimental.

• De la estufa tome 5 frascos que contienen una cantidad conocida de carbón activado pesado en una balanza analítica; anote en una etiqueta el peso del carbón. Numere los frascos del 1 al 5. • Agregar a cada frasco 25 mL. de una solución de ácido acético (titulada) de diferente concentración. Cuide que todo el carbón se moje con la solución. • Tape los frascos, colóquelos en un baño de agua a temperatura ambiente y DÉJELOS EN REPOSO DURANTE 2 HORAS. • Filtre las soluciones y de los filtrados tome 3 alícuotas de 5 ml, titúlelas con NaOH 0.25 M. Anote la temperatura de trabajo. Informe. I. OBJETIVO. II. RESULTADOS. 1. Anote sus datos en la siguiente tabla.

[HOAc]i g. carbón (M)

mi (mol)

[HOAc]e me (moles) (M)

Y C/Y (g/L) (moles/g)

θ

2. Trace la gráfica de C/y vs C. 3. Calcule el área superficial específica del adsorbente, considerando que el área molecular  del acético es σ = 21 x 10 -19 m2/molécula, use la ecuación: Σ = YmNoσ . III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO. 1. Explica si es importante mantener la temperatura constante durante este experimento. 2. Explica por qué se utilizan soluciones valoradas de ácido acético. 3. Explica por qué es necesario colocar y mantener el carbón activado en una estufa a 100oC antes de usarlo para efectuar el experimento. 4. Explica cómo se podría mejorar el proceso de adsorción del ácido acético sobre carbón activado. 5. Explica a qué se debe la tendencia que presentan los valores de fracción de superficie cubierta que calculaste.

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TERCER CICLO. INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA DE LOS COLOIDES. Práctica #. 6. Preparación de sistemas coloidales. Propiedades eléctricas y estabilidad. Objetivo Principal. Preparar dispersiones coloidales por métodos de agregación y disgregación para aprender la diferencia entre ambos y aprovechar los coloides preparados para estudiar las propiedades eléctricas y su relación con la estabilidad de los mismos. Prelaboratorio. 1. Defina coloide, fase interna y fase externa. 2. Indica cómo se clasifican los coloides con base en el estado de agregación de las fases interna y externa, así como de acuerdo a su afinidad por el medio de dispersión. Explica a qué grupo corresponde cada uno de los sistemas que se prepararán en esta práctica 3. Explica en qué consisten los métodos de agregación y de disgregación para la preparación de sistemas coloidales. Proporciona 3 ejemplos de cada uno de ellos y explica cuáles de ellos usarás para preparar los sistemas coloidales correspondientes a esta práctica. 4. ¿Qué establece la Regla de Schulze-Hardy? 5. ¿Qué se entiende por doble capa eléctrica? ¿Cómo un coloide puede adquirir carga? 6. Investiga la serie liotrópica de Hoffmaister. 7. Escribe las reacciones o procesos que se efectuarán en la práctica para preparar los sistemas coloidales. Bibliografía: 3, 4, 8, 10, 15, 16 (vol 1), 18, 19, 24 y 26. Técnica experimental. PRIMERA PARTE: MÉTODOS DE PREPARACIÓN. Sol de Yoduro de Plata. • Matraz 1: colocar 8 ml de KI 0.1 N y diluir con agua destilada a 25 mL. • Matraz 2: colocar 4 ml de AgNO3 0.1 N y diluir con agua destilada a 25 mL. • Poco a poco y agitando, se vierte la solución de AgNO3 sobre la de KI se deja reposar 10 minutos y se observa. Sol de Azul de Prusia. • Prepare 6 soluciones de K 4Fe(CN)6 y de FeCl3 de las siguientes concentraciones según se indica en la tabla siguiente:

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Tubo Num. 1 2 3 4 5 6

K4 Fe(CN)6 (%) 5 ml 0.0002 0.002 0.02 0.2 2 4

FeCl3 (%) 5 ml 0.0001024 0.001024 0.01024 0.1024 1.24 2.05

• Deje reposar 5 minutos y anote todas sus observaciones. • Filtre los 3 últimos tubos recibiendo el filtrado en tubos limpios y secos y lavando el precipitado con agua. Observe los filtrados. • Se apartan los tubos donde se haya formado el coloide incluyendo los filtrados.

Gel de Gelatina. A 0.5 g de gelatina se le agrega un poco de agua destilada (aproximadamente 5 ml) y se deja reposar para que se hidrate, se agrega agua hirviendo (aproximadamente 10 ml) y se agita hasta disolución. Se completa el volumen a 20 ml. Gel de Almidón. A 25 ml de agua destilada se agregan 0.25 g de almidón y se agita. Se calienta la mezcla lentamente y agitando continuamente para evitar la formación de grumos, hasta que se forme el gel. SEGUNDA PARTE: ESTABILIDAD. Yoduro de plata. • Prepare una serie de 5 tubos con 5 ml del sol de AgI y agrégueles los volúmenes de las soluciones indicadas en la siguiente tabla. Tubo Num. CaCl2 1 M Na2SO4 1M AgNO3 0.1 M KI 0.1 M 1 0.4 ml ------------2 ----0.4 ml --------3 --------0.4 ml ----4 ------------0.4 ml 5 -----------------

• Registra tus observaciones. Azul de Prusia. • En 3 tubos ponga 5 ml de sol de azul de Prusia y agrégueles los volúmenes de las soluciones indicadas en la siguiente tabla.

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Tubo Num. Ca Cl2 1 M 1 0.4 ml 2 ----3 -----

Na2SO4 1 M ----0.4 ml -----

Gelatina. • Preparar 1 serie de 5 tubos con 5 ml del gel de gelatina de la siguiente manera: Tubo Num CaCl2 1 M 1 0.4 ml 2 1 ml 3 ----4 ----5 -----

Na2SO4 1 M --------0.4 ml 1 ml -----

• Deje reposar los 8 tubos 24 horas y observe. Almidón. • Repita la operación anterior con una serie de 5 tubos con 5 ml del gel de almidón. Informe. I. OBJETIVOS. II. RESULTADOS. 1. Anote sus observaciones durante la preparación de los sistemas coloidales. 2. Anote en una tabla los resultados de la adición de electrolitos a los sistemas preparados. III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO. 1. ¿Qué diferencias fundamentales se observaron en los métodos de preparación utilizados? 2. Escribe la reacción o mecanismo de formación del coloide preparados. 3. ¿Pueden formarse coloides a cualquier concentración de las sustancias en los métodos de agregación? ¿Por qué? 4. ¿Es característico de los sistemas coloidales ser retenidos por el papel filtro?. Explica tu respuesta. 5. Di en cuáles coloides hubo peptización y cuál fue el agente peptizante. 6. Explica qué efecto tiene el agua sobre los precipitados que lavaste? ¿Puede suceder lo mismo con un gel? 7. ¿Cuál es el objeto del calentamiento en la preparación de un gel? ¿Podría prepararse sin calentamiento? 8. ¿Cómo relacionas los efectos de repulsión entre partículas con la estabilidad de las dispersiones coloidales? 9. De acuerdo a la valencia de los aniones y cationes de los electrolitos agregados ¿Qué signo tienen las partículas cargadas de los diferentes coloides?

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Práctica #. 7. Determinación del volumen de hidratación y de la viscosidad intrínseca de la molécula de glicerol. ObjetivoPrincipal. Determinar la viscosidad intrínseca y el volumen de hidratación de la molécula de glicerol a partir de la medición de la viscosidad de soluciones de diferente concentración Objetivos Secundarios. Conocer el fundamento de operación y el manejo del viscosímetro de Ostwald. Estudiar el efecto sobre la viscosidad de una solución, de los factores: concentración de la solución, forma y tamaño de la molécula. Prelaboratorio. 1. Escriba y explique la ecuación de Poiseuille. 2. ¿Cuál es el fundamento del viscosímetro de Ostwald? 3. ¿Qué significan los términos: viscosidad, viscosidad relativa, viscosidad específica y viscosidad intrínseca? 4. ¿Qué relación hay entre la viscosidad intrínseca y el peso molecular? Escriba la ecuación que los relaciona. Bibliografía: 2, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 15, 16 (vol 2), 18, 24 y 25. Técnica experimental.

• Se mide la densidad de las soluciones de glicerol preparadas a diferentes • • • •

concentraciones en % (p/v)y la del agua a la temperatura de trabajo. Coloca un volumen conocido de agua (entre 15 y 20 ml) en el viscosímetro y mide el tiempo de flujo. Repite la operación 3 veces manteniendo la temperatura constante. A la misma temperatura y usando volúmenes iguales al del agua, se trabajan las muestras de glicerol empezando por la más diluida, se miden por triplicado los tiempos de flujo de cada una de ellas en el mismo viscosímetro usado para el agua. Busca la viscosidad del agua en tablas para la temperatura de trabajo. Registra la temperatura de trabajo

Informe. I. OBJETIVO. II.RESULTADOS. 20

1. Agrupe sus datos en una tabla como la siguiente: T____  oC ρ agua________ g/cm3 η agua__________ cp C (M)

ρ

sol

t sol (s)

η rel

η

sp

(g/cm3)

η sp / C (L/mol)

φ

tagua______ s vh L/molec

2. Determine el volumen fraccionario de la fase dispersa. 3. Calcule el volumen de hidratación. 4. Construya una gráfica de η sp / C vs C y determine la [η ]. III DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. IV. CUESTIONARIO. 1. Indica qué factores afectan a la viscosidad de una disolución. 2. Explica si la viscosidad es una propiedad extensiva o intensiva. 3. Explica por qué el tiempo de flujo de las distintas disoluciones tiene que determinarse usando el mismo viscosímetro que para el agua. 4. Explica por qué el tiempo de flujo de las distintas disoluciones tiene que determinarse usando el mismo volumen que el empleado para el caso del agua. 5. Explica por qué la viscosidad de as disoluciones varía con la concentración del glicerol. 6. Indica en qué casos puede emplearse el viscosímetro de Ostwald para determinar la viscosidad de un fluido. Práctica #. 8. Determinación de la viscosidad de un producto farmacéutico con el viscosímetro Brookfield. Problema. Determina el intervalo de respuesta con el viscosímetro Brookfield, para el producto que se te proporciona y calcula su viscosidad . Procedimiento experimental. Parte 1. Determinación del intervalo de respuesta del viscosímetro 1. Vierte el producto en un vaso de precipitados. 2. Usando como guía el instructivo de manejo del aparato que se te proporciona con este guión, coloca el huso # 7 en el equipo y efectúa lecturas por triplicado a cada una de las 4 velocidades de rotación del viscosímetro. 3. Repite la operación del paso anterior con cada uno de los husos restantes. 4. Anota tus lecturas en una tabla, indicando con qué huso y a qué r.p.m. se obtuvieron. Parte 2. Cálculo de la viscosidad del fluido. 1. En el instructivo que se te proporciona, se indica la forma en que se pueden calcular las viscosidades a partir de las lecturas obtenidas con el aparato. 21

2. Anota tus datos en una tabla, indicando # de huso y r.p.m. Cuestionario. 1. ¿Fue posible obtener lecturas con todos los husos y a todas las velocidades de rotación (rpm)? 2. ¿Qué mide el viscosímetro Brookfield y en qué unidades se expresa? 3. ¿Hubo lecturas fuera de la escala (inferior o superior) del aparato? ¿En caso afirmativo a qué se debe? 4. ¿Dependen los valores de las lecturas obtenidas con el viscosímetro, de la combinación huso/velocidad de rotación? 5. ¿Cómo calculaste la viscosidad a partir de la lectura del aparato? 6. ¿Es posible que varíen los valores de viscosidad calculados si se modifica la combinación huso / velocidad de rotación? Si o No, explica tu respuesta. 7. ¿Con los datos obtenidos en tu experimento, es posible decir si el fluido estudiado es newtoniano o no newtoniano? Sí o no. En caso afirmativo, ¿Cómo usarías tus datos para decirlo? ¿Qué tipo de fluido es? 8. ¿Cómo estableciste el intervalo de respuesta del aparato? 9. ¿Cuál es el intervalo de respuesta del aparato? Bibliografía: 2, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 15, 16 (vol 2), 18, 24 y 25.

22

SERIES DE PROBLEMAS.

1.

PROBLEMAS DE CINÉTICA QUÍMICA. Por polarimetría se estudia la hidrólisis de la sacarosa, que se descompone en glucosa y fructosa. La sacarosa es dextro rotatoria y se obtiene una mezcla levógira de glucosa y fructosa. Las medidas del ángulo de rotación óptica (α ) de la luz polarizada a varios intervalos de tiempo, permiten seguir el desarrollo de la reacción. Lewis reporta los siguientes datos para una inversión trabajada a 25oC en HCl 0.9 N: t (min) 0 7.18 18 27.05 36.80 56.07 101.70 o α ( A) +24.09 +21.405 +17.735 +15.0 +12.40 +7.80 +0.30

2.

3.

4.

5.

6.

∞ -10.74

Determine el orden y la k. Deduzca las ecuaciones integradas en función del ángulo de rotación óptica, justificando cada paso. Una reacción en solución entre los compuestos A y B, se siguió durante 1 hora a una temperatura de 37 oC. Se midió la concentración residual de lso reactivos a diferentes intervalos de tiempo. t (min) o 10 20 30 60 [A] (M) 0.200 0.166 0.146 0.134 0.114 [B] (M) 0.100 0.066 0.046 0.034 0.014 Determine el orden de reacción y el tiempo de vida media. Algunos de los resultados obtenidos al estudiar la relación entre A y B, se proporcionan a continuación: [A] (M) 1.4 x 10-2 2.8 x 10-2 2.8 x 10-1 [B] (M) 2.3 x 10-2 4.6 x 10-2 4.6 x 10-2 r o (M/s) 7.4 x 10-9 5.9 x 10-8 5.9 x 10-6 Calcule el orden “x” respecto a A y el orden “y” respecto a B, así como la k. El ácido fórmico se descompone sobre ácido sulfúrico dando monóxido de carbono y agua. Los siguientes datos se obtuvieron a 25oC, determine el orden de reacción y la k. t (s) 0 25 50 75 100 200 250 ∞ 3 V (cm ) 0 6.3 11.6 16.3 20.2 30.4 33.5 41.5 Los tiempos de vida media para la reacción: A = B, a diferentes concentraciones iniciales se proporcionan en la siguiente tabla, obtenga el orden de reacción y la constante de rapidez. t0.5 (s) 200 67 40 Co (mol/L) 0.01 0.03 0.05 Se aisló una cepa de S. aureus de un producto lácteo contaminado, se resembró en un medio de Baird Parker e incubó a 35oC durante 48 hrs., después de este tiempo se contaron 500 colonias, en ese momento se le agregó un antibiótico efectivo contra este microorganismo y se observó una disminución en el número de colonias. En las 24 hrs. posteriores a la adición de antibiótico la muerte microbiana presentó una constante de rapidez de 0.0077 hrs-1. Después de este tiempo se observó un

23

7.

cambio en el comportamiento cinético del fenómeno y para el mismo cultivo se determinó una constante de rapidez de 25 colonias/hr hasta la total eliminación de los microorganismos. Calcule el tiempo en que se eliminaron todos los microorganismos de este cultivo. El yodo reacciona con la acetona en solución acuosa para dar yodoacetona. La reacción estequiométrica es:

I2 + Acetona + H+ = Yodoacetona + ISe midió la rapidez de reacción por la desaparición del I2, a continuación se proporcionan algunos datos de concentración y rapidez iniciales,: -(d[I2]/dt)o (mol/Ls) [I2]o (mol/L) [Acetona]o (mol/L) [H+]o (mol/L) 7 x 10-5 5 x 10-4 0.2 10-2 7 x 10-5 3 x 10-4 0.2 10-2 1.7 x 10-4 5 x 10-4 0.5 10-2 5.4 x 10-4 5 x 10-4 0.5 3.2 x 10-2 a) Determine el orden respecto a cada uno de los reactivos. b) Escriba la ecuación diferencial de rapidez y calcule la constante de rapidez de la reacción. c) ¿En cuánto tiempo se sintetizarán 10-4 M de yodoacetona si se tiene una concentración inicial de 0.5 M de acetona y 10-3 M de yodo y se mantiene constante la [H+] a 0.1M? 8. En la descomposición del NH3 sobre un alambre de Tungsteno a 856oC, se obtienen los siguientes datos: Ptotal (mm Hg) 228 250 273 318 t (s) 200 400 600 1000 Considerando un volumen de 1 litro diga: a) El orden de la reacción. b) El mecanismo de la descomposición. c) Si se trabaja a presiones menores a las dadas ¿cuál será el comportamiento? d) Calcule la constante de rapidez en moles/Ls. 9. Se observó que la descomposición de un metabolito inestable sigue una cinética de primer orden, se obtuvieron los valores de la constante de rapidez a diferentes temperaturas: o T ( C) 15 20 25 30 37 -5 -1 k x 10 (s ) 0.418 0.762 1.370 2.41 5.15 Calcule: Ea, A, ∆ H*, ∆ S*, ∆ G*, Z y P. 10. Calcule el número de colisiones entre las moléculas contenidas en 1 cm3 de oxígeno a 100 atm y 500oC. El diámetro efectivo de colisión (σ ) es 3.39 x 10-8 cm. 11. Calcule la constante de rapidez para una reacción que se lleva a cabo a 300K cuando su Ea = 0.2 Kcal/mol y cuando es de 50 kcal/mol, si en ambos casos A = 10 11 min-1. ¿Qué comentarios puede hacer al comparar los dos valores de k? 12. Para la dimerización del butadieno, la variación de la k con la temperatura cumple con la ecuación: k = 9.20 x 109 e -(23690/RT) (mol/lt \ s). ¿Qué fracción de moléculas de butadieno presentes en la mezcla de reacción tiene una energía suficiente para reaccionar a 300 y a 450oC? 24

13. Dos reacciones bimoleculares en fase gaseosa a 300oC, tienen factores de frecuencia de 3.2 x 1010 y 5.7 x 107 cm3/mol s. Calcule en cada caso la entropia de activación y el factor de probabilidad. 14. Swintowsky y col. (J. Am. Pharm. Assoc. Sci., 44, 521, 1955), obtuvieron los siguientes datos en la descomposición de primer órden de la penicilina: T (oC) 37 43 54 -1 k (h ) 0.0216 0.043 0.119 Calcule la Ea, A, ∆ H*, ∆ S*, ∆ G*, P y Z, así como la k a 60oC. 15. La k para la descomposición del ácido dibrosuccínico, a 50 y 100oC es 1.8 x 10-6 y 2.08 x 10-4 min-1 respectivamente. Calcule la Ea, A, ∆ H*, ∆ S*, ∆ G*, P, Z, el fator  universal de frecuencia y los t1/2 a ambas temperaturas. 16. Los diámetros moleculares del oxígeno y del hidrógeno son respectivamente: 3.39 x 10-8 y 2.47 x 10-8 cm. Cuando 1 g de oxígeno y 0.1 g de hidrógeno se mezclan en un matraz de 1 L a 27oC ¿Cuál será el número de colisiones / cm3s? 17. La rapidez de lactonización del ácido hidroxivalérico por una catálisis ácida se representa por la siguiente ley de rapidez: r = -(d[HVA] / dt) = k [HVA][HCl] donde k = 4 min-1 CH3CHOCH2 ⇔ CH3 CH CH2 CH2 CO + H2O (HVA) O a) Despreciando la reacción inversa, calcule el t1/2 si a = 0.01 M, b) Si a = 0.01 M y Ea = 20 Kcal ¿a qué temperatura se tendrá la mitad de la vida media? 18. La hidrólisis bacteriana del músculo de pescado es dos veces más rápida a 2.2oC que a -1.1oC. Calcule la Ea, A y diga cuál será el valor de la k a 25oC. 19. A continuación se presentan los datos de la reacción de la enzima fumarato-hidratasa, a pH de 7.29. Diga cuál es el efecto de la [S]o sobre la rapidez de la reacción. 0.40 0.20 0.10 0.05 0.025 0.0125 [S]o (M) 5.4 6.0 -(d[F]/dt)o x 107 (M/s) 5.0 6.0 5.9 5.6 2.5 3.0 (d[M]/dt)o x 107 (M/s) 2.8 3.2 3.2 4.0 Determine el orden respecto a la concentración y calcule la constante de MichaelisMenten y la r max . F = fumarato y M = malato. 20. Se obtuvo la constante de Michaelis-Menten para la enzima citrato deshidrogenasa a dos diferentes temperaturas. Dann obtuvo los siguientes datos en 5 determinaciones hechas a cada temperatura: K m (25oC) (mmol/L) 142 281 137 130 137 K m (35oC) (mmol/L) 65 71 70 115 78 Determine el ∆ H* para la formación del complejo enzima sustrato. 21. La hidrólisis del p-nitro aniluro de N-glutaril-L-fenilalanina (GPNA) a p-nitro anilina y N-glutaril-L-fenilalanina, catalizada por la quimotripsina α , dió los siguientes valores a una concentración de la enzima igual a 2.707 x 10-7 M: [S]o x 104 (M) 2.5 5.0 10 15 r o x 106 (M/min) 2.2 3.8 5.9 7.1 Calcule: a) K m, b) r max y c) k 2.

25

22. En una reacción catalizada por el ion H+, se obtuvieron los siguientes valores de la k: 2.24 x 10-5 y 4.48 x 10-5 para las siguientes concentraciones del ion: 0.05 y 0.10 M respectivamente. Calcule el coeficiente catalítico del ion H+. 23. A 25oC se determinaron los valores de k a diferentes concentraciones de catalizador: a = 0.015M b = 0.030M T = 25oC Ccat (M) 0.001 0.002 0.004 0.008 2 k x 10 (L/mol min) 2.55 4.25 7.03 10.5 Determine el orden respecto al catalizador y la k de la reacción catalítica. 24. La siguiente reacción es catalizada por una enzima a pH 8 y 30oC: isocitrato → glioxilato + succinato Se obtuvieron los siguientes datos manteniendo la concentración de enzima constante. Calcule la K m y la r max. [Isocit.] (µ mol/dm3) 18 24 30 40 100 r o (nmol/dm3) 4.08 4.64 5.10 5.62 6.90 25. Los siguientes datos se refieren a la descomposición de la diacetona alcohol, catalizada por los -OH a 25oC. 10 20 40 100 [-OH] x 103 (g ión/L) 5 5 -1 k x 10 (s ) 3.87 7.78 15.7 32.0 79.9 Determine el coeficiente catalítico del ion -OH. 26. La velocidad de la hidrólisis de un nuevo medicamento depende de la fuerza iónica de la siguiente manera: I (M) 0.005 0.01 0.015 0.020 0.025 0.030 k / k o 0.718 0.631 0.562 0.515 0.475 0.447 a) Diga qué tipo de efecto salino primario se presenta,, b) Calcule el valor de ZA ZB considerando agua a 25oC. c) Trabaje con (I1/2) y g(I) compare los valores obtenidos en cada caso y explique su respuesta. 27. La desnaturalización ácida de la carboxihemoglobina a pH, sigue una cinética de primer orden y se estudió en una solución de ácido fórmico/formiatode sodio, como una función del formiato de sodio. Los tiempos de vida media de la carboxihemoglobina fueron: t0.5 (min) 20.2 13.6 8.1 5.9 C (M) 0.007 0.01 0.015 0.020 Diga que tipo de efecto salino primario se presenta y el valor de la k o. 28. Para una reacción a 20oC y diferentes fuerza iónicas, se obtuvieron los siguientes datos: k x 104 (M-1 min-1) 7.5 1.2 0.87 I 0.293 0.540 0.830 a) Diga qué efecto salino primario se presenta. b) ¿Cuál es el signo de las cargas de los iones reaccionantes? c) Calcule el valor de k o. 29. En un extracto celular se identifica la presencia de ácido glutámico mediante la reacción:

26

HOOC (CH2)2 CH COOH + CON- + H+ → HOOC (CH2)2 CH COOH





NH2 NH CO NH2 La reacción se lleva a cabo a pH 3: a) Considerando que el ácido glutámico es un amino ácido, ¿Qué especies iónicas se tienen en solución? b) ¿Qué efecto cinético salino primario se esperaría si esta reacción se efectuara en las siguientes soluciones salinas? i). Suero fisiológico (NaCl 9.5 g/l) ii). Solución Ringer (0.7 g NaCl, 2.6 x 10-3 g CaCl2, 0.035 g KCl y aforar a 100 ml con agua). iii). Suero glucosado (glucosa 52.5 g/l). 30. La desnaturalización ácida de la carboxihemoglobina a pH, sigue una cinética de primer órden y se estudió en una solución de ácido fórmico/formiato de sodio, como una función del formiato de sodio. Los tiempos de vida media de la carboxihemoglobina fueron: t0.5 (min) 20.2 13.6 8.1 5.9 C (M) 0.007 0.01 0.015 0.020 Diga que tipo de efecto salino primario se presenta y el valor de la k o. 31. Para una reacción a 20oC y diferentes fuerza iónicas, se obtuvieron los siguientes datos: k x 104 (M-1 min-1) 7.5 1.2 0.87 I 0.293 0.540 0.830 a) Diga qué efecto salino primario se presenta. b) ¿Cuál es el signo de las cargas de los iones reaccionantes? c) Calcule el valor de k o. PROBLEMAS DE QUÍMICA DE SUPERFICIES.

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Un capilar de 0.1 cm de diámetro, se introduce en agua (θ = 10o) y después en mercurio ((θ = 170o). Calcule el nivel al que asciende ambos. En un tensiómetro Du Nouy se midió la fuerza necesaria para separar el anillo de la superficie de un líquido, si el diámetro del anillo es 1 cm y la fuerza es de 677 dinas, calcule la tensión superficial del líquido. La tensión superficial del líquido A es 35.7 din/cm, este líquido ascendió en un tubo capilar hasta una altura de 2.3 cm, si su densidad es 0.8074 g/cm3 ¿cuál es el radio del capilar? Se prepararon dos soluciones del soluto X en dicho líquido, si las soluciones se hacen ascender en el mismo capilar, diga cuál sería la altura alcanzada por cada una si sus densidades son 0.8530 y 0.9003 g/cm3 y sus tensiones superficiales relativas son: 1.0832 y 1.126 din/cm respectivamente. En un tensiómetro capilar se midió el ascenso del agua, siendo de 1 cm a 20oC ( γ  = 72.75 din/cm y θ = 0o). En el mismo capilar y a la misma temperatura, se midió la altura alcanzada por un líquido de tensión superficial desconocida cuyo θ = 20o, dando una altura de 0.38 cm, calcule γ  si su densidad es 0.790 g/cm3.

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Del brazo de una balanza cuelga una mica de longitud = 5 cm y anchura = 2 cm, que se desprende de la superficie del agua (γ  = 72.75 din/cm), anotándose un peso de despegue de 1019.2 g. La misma mica presenta un peso de despegue de 305.9 g cuando se desprende de la superficie de n-octano ¿cuál será la tensión sueprficial de éste? Un anillo de platino de 1.5 cm de diámetro se coloca sobre una superficie acuosa de NaCl, cuya tensión superficial se desea determinar. Se necesita una fuerza de 690 din para retirar el anillo de la superficie fin de que se rompa la película que se adhiere a él. a) Calcule la tensión superficial, b9 calcule la fuerza que se necesita para desprender el anillo de una superficie de agua pura (γ  = 72.75 din/cm) y c) compare ambas fuerzas y haga los comentarios pertinentes. Calcule el trabajo que se realiza al crear una superficie a 20oC para una película de a) agua y b) etanol en un bastidor si la barrera móvil tiene 5 cm de longitud y se retira una distancia de 2 cm. γ  agua = 72.8 din/cm y γ  etanol = 22.3 din/cm. Un aceite mineral se disperso en glóbulos en una emulsión o/w, dando lugar a una superficie total de 108 cm2. Si mediante la adición de un tensoactivo resulta que la tensión interfacial es 5 erg/cm2 ¿cuál es la energía libre superficial total del sistema en joules? La tensión sueprficial para mezlcas de metanol/agua está dada por: γ  = γ  o + aC + bC2 + dC3 donde: γ  o = tensión superficial del disolvente puro, a = -0.4, b = 0.3 d = 0.2 y C = concentración en M. a) establezca la expresión matemática para el exceso de concentración en la superficie (Γ  ) y b) calcule Γ  para una solución acuosa de metanol 0.4 M a 25oC. Se han medido las siguientes γ  a 25oC para disoluciones acuosas de dodecilsulfato sódico: C x 103 (mol/dm3) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 72.7 67.9 62.3 56.7 52.5 48.8 45.6 42.8 40.5 γ  (mN/m) Calcule el exceso de superficie (Γ  ). Las tensiones superficiales de la paratoluidina, determinadas a diferentes concentraciones y a 25oC, se representaron gráficamente obteniéndose una pendiente de - 32800 cm3 /s para una concentración de 5 x 10-3 g/cm3. Calcule el exceso de concentración superficial (Γ  ) en mol/cm2 y en g/cm2 sabiendo que el peso molecular  de la paratoluidina es 107.15 g/mol. A 19oC la variación de la tensión superficial respecto a la concentración, de soluciones de ácido butírico en agua, se puede representar por la ecuación: (dγ  /dC) = - [(ab)/(1 + bC)] donde a y b son constantes cuyos valores son: 13.1 y 19.62 respectivamente. Calcule el exceso de concentración en la superficie para una concentración de 0.2M. Diga cuál será el valor límite para este exceso cuando la concentración C tiende a ∞ . En la formulación de una emulsión, se requiere usar 5% en peso de una mezcla de Span 80 BHL 4.3 a partes iguales con Tween 80 BHL 15. Determine el BHL de la mezcla. Si el BHL óptimo para la emulsión es de 12, ¿cómo cambiaría la formulación de la mezcla de tensoactivos? Exprese las cantidades de ambos tensoactivos en % y en g.

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14. En una formulación alimenticia se usa un 10% en peso de una mezcla de tensoactivos cuyos BHL son 4.7 y 14.9. Diga los porcentajes de ambos en la mezcla si el BHL óptimo es de 10. Exprese las cantidades de ambos tensoactivos en % y en gr. 15. Se dispone de Span 60 con un BHL de 4.7 y de Tween 60 con un BHL de 14.9. Se requiere preparar una mezcla con un BHL de 9.5 ¿Qué % se necesita de cada uno de estos tensoactivos? 16. Se preparó un agente tensoactivo mezclando Tween 80 BHL 15 y Arlacel 80 BHL 4.3. La mezcla contiene 75% del primero, calcule el BHL de la mezcla obtenida. 17. Por el método inglés se preparó una emulsión usando al siguiente formulación: ingrediente cantidad petrolato líquido 25 g agente tensoactivo 5% a) Span 80 BHL 4.3 ? b) Tween 80 BHL 15 ? H2O destilada cbp 100 mL Sabiendo que el petrolato requiere de un BHL de 12, calcule la cantidad de ambos tensoactivos en la mezcla en % y en gramos. 18. Se requiere un BHL de 6 para preparar una emulsión w/o, se tiene una mezcla de tensoactivos en una proporción del 25.6 % al 74.8 %, el BHL de la mezcla es el requerido para la emulsión. Si el BHL del primer tensoactivo (al 25.6%) es 4.3, ¿cuál será el del segundo tensoactivo). 19. La tensión superficial de un líquido orgánico es de 25 erg/cm2, la del agua 72.8 erg/cm2 y la interfacial es de 130 erg/cm2 a 20oC. Calcule los trabajos de cohesión y de adhesión y los coeficientes de extensión de ambos líquidos y diga si hay extensión o no. 20. A 20oC las tensiones superficiales del agua y del mercurio son 72.8 y 483 din/cm respectivamente y la de la interfase 375 din/cm. Calcule los trabajos de cohesión, el de adhesión y los coeficientes de extensión del agua sobre mercurio y viceversa. 21. El coeficiente de extensión de un líquido A sobre un líquido B es de -44.8 din/cm, mientras que el coeficiente de extensión de B sobre C es de -27.2 din/cm. Calcule las tensiones superficiales de A y B, sabiendo que las tensiones interfaciales γ  A/B γ  B/C son 12.7 36 din/cm respectivamente, γ  C es 50 din/cm. 22. ¿Cuál será el Wc de un líquido orgánico, si su γ  = 25 erg7cm2, la γ  agua = 72.8 erg/cm2 y la γ  o/w = 30 erg/cm2? Calcule S para el líquido orgánico sobre agua y diga si hay extensión. 23. En la adsorción de un gas sobre 15 gr de carbón a 20oC, se determinó con la isoterma de Langmuir el volumen de gas absorbido en la monocapa, siendo igual a 0.3067703, el área superficial del carbón es 760 m2 / g y la presión de trabajo 1 atm. ¿Cuál es el área molecular del gas adsorbido? Diga qué volumen del gas se necesitaría para formar una monocapa completa sobre 1 g. de un adsorbente cuya área superficial específica fuera 1200 m2 / g en las mismas condiciones de P y T y usando el mismo gas. 24. Se obtuvieron los siguientes datos de cantidad adsorbida de un soluto sobre cierto material adsorbente a 25oC, se sabe que el área molecular (σ ) es igual a 21 A / molécula: C (M) 1 3 5 7 10 29

Y (mol/g) 1.9895 3.3370 3.8600 4.1380 4.3740 a) Calcule Σ en m2 / g. b) Calcule Θ a cada concentración. c) Calcule el valor de Y si la concentración es 10.5 M y diga qué valor de Θ tendrá el adsorbente a esa concentración. 25. El número de centímetros cúbicos de un gas adsorbidos por 2 g de carbón, a 0oC y diferentes presiones se tabula a continuación: P (cm Hg) 30 60 90 120 3 X (cm ) 29.25 43.50 54.60 64.20 Calcule las constantes de la isoterma de Freundlich. 26. Se trabajó la adsorción de una sustancia sobre carbón a 0oC, a continuación se reportan los datos obtenidos: C (M) 0.5 3 4 6 8 Y (mol/g) 1.23899 2.83380 3.65577 4.01738 4.23310 Calcule σ sabiendo que Σ es 3037.73 m2 /g y θ a cada concentración. Diga qué cantidad de adsorbato se necesitaría para una monocapa completa sobre la superficie mencionada si el adsorbato tuviera una área molecular de 10-19 m2 /molécula. 27. Se adsorbió un gas sobre muestras de 2 g de un adsorbente cuya área específica se desea determinar. Trabajando a -183oC y P = 76 cm Hg, se obtuvieron los siguientes datos: P (cm Hg) 4.10 7.64 11.70 17.50 23.70 30.60 3 X (cm ) 1308.58 1409.92 1483.34 1791.76 1968.00 2232.40 Considerando que σ = 16.2 m2 /molécula, calcular Σ y la diferencia entre el calor de adsorción y el calor de licuefacción del gas adsorbido. 28. Se obtuvieron los siguientes datos para la adsorción de acetona en solución acuosa sobre carbón a 18oC. Determine cuál de las isotermas se cumple y calcule las constantes la misma: Y (mmol/g) 0.208 0.618 1.075 1.500 2.080 2.880 C (mmol/L) 2.34 14.65 41.03 88.62 177.69 268.97 29. Se adsorbió un gas cuya área molecular se quiere determinar, sobre un adsorbente a 20oC y 1 atm. Utilizando el mismo adsorbente y en las mismas condiciones, se adsorbió otro gas para el cual la cantidad adsorbida en la monocapa fue 0.5 L/g y cuya área molecular es 8.87 x 10-20 m2 /molécula. Si para el primer gas la cantidad adsorbida en la monocapa fue 0.3 L/g ¿cuál es su área molecular? 30. Mc Bain y Britton investigaron la adsorción de nitrógeno sobre carbón -77oC y encontraron que muestras de 0.0946 g de carbón adsorbieron los siguientes pesos de nitrógeno a las presiones indicadas a continuación: P (atm) 3.5 10 16.7 25.7 33.5 39.2 48.6 N2 (g) 0.0119 0.0161 0.0181 0.0192 0.0195 0.0196 0.0199 Diga cuál de las isotermas se cumple. 31. La adsorción de nitrógeno sobre una muestra de rutilio a 77K, ha dado los siguientes resultados: P/Po 0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.60 0.80 0.90 0.95 3 v (cm /g) 2.1 1.7 3.4 4.2 4.8 6.7 8.0 11.8 20.5

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Considerando que σ = 16.2 m2/molécula, calcular Σ y la diferencia entre el calor de adsorción y el calor de licuefacción del gas adsorbido, si Po = 1 atm. Los siguientes datos corresponden a la adsorción de n-butano a 273K y Po = 1 atm, por una muestra de polvo de wolframio que tiene un área específica de 65 m2 /g: P/Po 0.04 0.10 0.16 0.25 0.30 3 Y (cm /g) 0.33 0.46 0.45 0.64 0.70 Use la isoterma BET para calcular el área molecular del butano adsorbido para el recubrimiento de la monocapa. Se obtuvieron los siguientes datos en la adsorción de dodecanol disuelto en tolueno sobre una muestra de negro de carbón: C (mol/dm3) 0.012 0.035 0.062 0.105 0.148 X/m (mol/g) 24.1 50.4 69.8 81.6 90.7 Demuestre que los datos se ajustan a la ecuación de Langmuir y calcule θ y Ym. Se midió la adsorción de vapores de butano sobre 1.876 g de un catalizador a 350oC y se obtuvieron lossiguientes valores: P (mm Hg) 56.39 89.47 125.22 156.61 179.30 187.46 v (mL) 17.09 20.62 23.74 26.09 27.77 28.30 Calcule el área superficial específica del catalizador en m2/g. Po = 774.4 mm Hg, To = 0oC, área molecular del adsorbato 44.6 A2/molécula. En la adsorción de soluciones de acético sobre carbón resultó: Ci (M) 0.503 0.252 0.126 0.0627 0.0314 0.0157 Ceq (M) 0.434 0.202 0.0899 0.0347 0.0113 0.0033 m (g) 3.96 3.94 4.00 4.12 4.04 4.00 En todos los casos el volumen de solución fue de 200 mL. Pruebe las isotermas de Freundlich y Langmuir y calcule las constantes de la que se cumpla. En caso de ser  posible calcule θ para cada solución. PROBLEMAS DE SISTEMAS DISPERSOS.

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Se tienen dos electrolitos coloidales, uno con carga positiva y el otro con carga negativa; se agregan a porciones de ambos columenes diferentes de los siguientes electrolitos de iguales concentraciones: KNO3, FeCl3, K 2HPO4 , Al(OH)3 y Na2SO4. Diga para cada uno de los coloides que comportamiento espera al agregar estos electrolitos. La composición de un sistema polidisperso corresponde a: a) 50 moles de peso molecular 10,000 g/mol, 30 de peso molecular 40,000 g/mol y 20 de peso molecular  68,000 g/mol., b) 10, 7, 24 y 16 moles de peso molecular 25,000, 17,000, 31,000 y 49,000 g/mol respectivamente. Determine para estos sistemas los pesos moleculares promedio en número y en peso. Una macromolécula P4 se disocia en monómeros P a bajas concentraciones. Se estudió el sistema a 25oC a una concentración de macromolécula de 1 g / L una vez alcanzado el equilibrio de disociación, determinándose los pesos moleculares por  presión osmótica y por dispersión de la luz, obteniéndose los siguientes valores: 16,000 y 25,000 g/mol respectivamente. Calcule el ∆ G de disociación.

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Determine los valores de los pesos moleculares promedio en número y promedio en peso, para las siguientes dispersiones: a) Una muestra que contiene igual número de partículas de masas 10000 y 20000 g/mol y b) Una muestra que contiene iguales masas de partículas de masas 10000 y 20000 g/mol. 5. El coeficiente de difusión del oxígeno disuelto en agua es 200 x 10-7 cm2 /s a 25oC. Diga cuánto tardará en promedio la molécula de oxígeno en recorrer una distancia de 1 mm en una dirección particular. 6. El diámetro medio de las partículas de una suspensión acuosa coloidal, es de 42 A. Suponiendo que la viscosidad de la suspensión es la misma que la del agua a esa temperatura: 0.01009 p. Calcule el valor de D a 25oC y diga cuál será el desplazamiento promedio por el movimiento browniano en 1 seg. 7. Se determinaron experimentalmente los valores de D de las proteínas globulares "X" y "Y". Encontrándose a 20oC que eran 11.3 x 10-7 y 6.9 x 10-7 cm2 /s respectivamente. La viscosidad del agua a esa temperatura es de 0.010 p. ¿Qué radio tiene cada una de las moléculas? ¿Podría usted suponer usando los datos con los que cuenta y el que va a determinar, si una de ellas es una forma polimérica de la otra? ¿Cuál sería el número de polimerización? Calcule los volúmenes de ambas moléculas. 8. Se determinó el coeficiente de difusión de la glucosa a 250C en una serie de soluciones de diferente concentración. Se obtuvieron los siguientes datos: D (cm2/día) 0.566 0.556 0.552 0.550 0.546 0.543 0.539 C (mol/L) 0.1 0.2 0.250 0.3 0.355 0.4 0.5 Usando estos datos, obtenga el coeficiente de difusión a dilución infinita y el peso molecular de la glucosa. La viscosidad del disolvente es 0.008937 p y la densidad es 1.548 g/cm3. 9. Anson llevó a cabo un experimento para determinar el coeficiente de difusión de la hemoglobina a 50C, por el método del disco poroso. Se dejó difundir una solución durante 2.06 días y se determinó a diferentes intervalos de tiempo por colorimetría la cantidad de hemoglobina que atravesó el disco. La constante de membrana se había determinado previamente con HCl, lactosa y otras sales, encontrándose un valor de 0.150 cm-1. Los resultados obtenidos son: t (días) 0.75 0.92 2.06 mL difundidos 0.202 0.264 0.558 Calcule el coeficiente de difusión de la hemoglobina. 10. En un experimento realizado para determinar el coeficiente de difusión de la tripsina cristalina, se obtuvieron los resultados siguientes por el método del disco poroso: cantidad de solución difundida (mL) t (días) por actividad por nitrógeno 0.156 0.062 ------0.708 0.281 0.274 2.000 0.565 0.806 La difusión se investigó mediante valoraciones de la actividad de la tripsina y por  determinación de nitrógeno. La solución original contenía 3.45 mg/mL de N2. el disolvente tenía una η = 0.0303 erg s /cm3, T = 50C, h/A = 0.054 cm-1. a) Calcule D en cm2/día y compare los resultados obtenidos por actividad con los obtenidos por  nitrógeno. b) ¿Cuál es el radio de la tripsina hidratada en solución? c) Determine el volumen molar medio de la proteina. 32

11. Los coeficientes de sedimentación y difusión de la miglobina en disolución acuosa diluida a 20oC son: 2.04 x 10-13 s y 1.13 x 10-10 m2 /s respectivamente. El volumen parcial específico es 0.741 cm3 /g, la ρ sol es 1.0 g/cm3, la η es 1 x 10-3 kg/m s. Calcule: a) M, b) ϕ , c) coeficiente de disimetría (en términos de coeficientes friccionales) y d) diga cuál es la forma de la mioglobina en solución. 12. El peso molecular del Planorbis se calculó por medio del equilibrio de sedimentación. El experimento se llevó a cabo a 30oC usando un disolvente con un densidad de 0.990 g/cm3. La velocidad angular era de 2500 r.p.m., las determinaciones se hicieron a las 12, 24 y 48 hrs. El volumen parcial específico es 0.745 cm3 /g. A continuación se tabulan algunos de los datos obtenidos: Distancia al eje de rotación Relación de concentraciones. X2 X1 C2 /C1 5.85 5.80 1.289 5.70 5.65 1.195 5.60 5.55 1.237 5.55 5.50 1.223 Calcule el peso molecular promedio. 13. Una partícula de densidad 2.81 g/cm3, se suspende en un líquido de densidad 1.08 g/cm3 y η = 1.704 x 10-3 kg/ms, alcanza una velocidad de sedimentación de 1 cm/s. a) ¿cuál es su radio? b) Calcule su "D" en agua a 25 oC, c) ¿cuál será su "s" a la misma temperatura si se considera que η es 0.008937 p y ρ para el agua 1 g/cm3? 14. Se encontró que el coeficiente de difusión de una sustancia a 200C fue 6.5 x 10-7 cm2/s, la η o era 0.01 p, el volumen parcial específico es 0.75 cm3/g y el peso molecular 25000 g/mol. Calcule: ϕ , ϕ o, r, r o, Do y diga si la partícula es esférica o no. 15. Una solución que contiene una proteina al 0.6, se somete a ultracentrifugación a una velocidad angular de 60000 rpm. Se observa un pico que se desplaza a razón de 0.3 mm cada 4 min., cuando la distancia del pico al eje de rotación es de 5.8 cm. Calcule el coeficiente de sedimentación. 16. Se encontró que los valores de s y D de la toxina de la difteria a 200C son 4.6 Svedbergs y 5.96 x 10-7 cm2/s respectivamente. el volumen parcial específico es 0.736 cm3/g y ρ agua es 0.998 g/cm3. Calcule el peso molecular de la toxina. 17. Calcular la velocidad terminal de la caida bajo la influencia d la gravedad, de una partícula en una suspensión acuosa, si la densidad de la partícula es de 6.5 g/cm3, su radio = 50mµ , la viscosidad del agua es 0.01009 p u su densidad0.9982 g/cm2 a 200C. 18. El grado en que una molécula proteica se comporta como una esfera, puede determinarse por el coeficiente de disimetría el cual es igual a la unidad para partículas esféricas. ¿Qué puede decir de las moléculas del fibrinógeno humano sabiendo que: M = 339700 g/mol, s = 7.63 x 10-13 s, D = 1.98 x 10-7 cm2/s y su volumen parcial específico 0.725 cm3/g a T = 200C, considere η o = 0.01 p y ρ o = 1 g/cm3. 21. El proceso de ósmosis inversa, ocupado en la desalinización del agua de mar, depende de la aplicación de una presión mayor a la presión osmótica del agua de mar; de esta manera se obliga al soluto a pasar de la solución de elevada concentración al

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disolvente puro. La concentración en mol/Kg de agua de mar se proporcionan a continuación: [Cl-] = 0.010, [Na+] = 0.456, [Mg2+], [SO42-] = 0.028 y [Ca2+] = 0.010. ¿Qué presión se tendría que aplicar a una muestra de agua de mar, colocada en una membrana semipermeable, de modo que se llevara a cabo el fenómeno de ósmosis inversa? Determine las cantidades de lactato sódico (C3H5O3Na), Kcl, NaCl y glucosa, que habrá que disolver en 2500 g de agua para preparar un suero glucosado que sea: 0.05 osmolal en lactato, 0.02 osmolal en Kcl, 0.18 osmolal en NaCl y 0.2 osmolal en glucosa. Determine la presión osmótica del suero a 250C. (osmolalidad = g/M, donde g = g de soluto/Kg de agua). Los árboles más altos conocidos hasta ahora, son las secuoyas de Clifornia. Asumiendo que la altura promedio es de 105.4 m, estime la presión osmótica requerida para llevar el agua hasta la punta, considere la densidad del agua igual a 1 g/cm3. La presión osmótica de una solución de caucho en un disolvente orgánico, se determinó a 27oC midiendo la altura alcanzada por la solución en el capilar del osmómetro. Se obtuvieron los siguientes datos, C x 102 (kg/L) 0.5 1.79 2.67 3.54 2 h x 10 (m) 2.2 13.0 24.6 39.4 Suponiendo que la densidad de cada solución es 0.74g/cm3, determine el peso molecular promedio en número del caucho. La ecuación de Van't Hoff para la determinación de la presión osmótica, solo se cumple para soluciones diluidas. Se ha sugerido una corrección a la ecuación original, donde se considera la fracción de volumen de la fase dispersa, que representa el volumen real ocupado por las moléculas hidratadas: π = (RT/M)[(1000 C)/(1000 -φ ] Donde C = concentración en g/L. Compare el valor obtenido para la grenetina gráficamente con el obtenido con la fórmula propuesta. Use la ecuación de Kunitz para φ . T=35oC. C (g/dL) 1 2 3 4 5 6 π (mm 3.50 7.50 12.0 17.0 23.0 29.5 Hg) 1.43 2.06 2.96 4.24 6.00 8.20 η rel Obtenga la [η ] de la grenetina y el volumen de hidratación. Considerando que a la temperatura de trabajo η agua = 0.008937 p y su ρ = 0.99406 g/cm3 se mantienen constantes de una solución a al otra, y que el volumen parcial específico es 0.77 cm3 /g, calcule: D, s, coeficiente friccional y el radio. La viscosidad de la acetona se determinó a diferentes temperaturas: T (oC) - 60 - 30 0 30 2 η x 10 (p) 0.932 0.575 0.399 0.295 Calcula la energía de activación, la constante A y la η a 25oC. Fox y Flory obtuvieron los siguientes datos para la [η ] del poili-isobutileno disuelto en CCl4 a 20oC, en función del peso molecular. Demuestre que estos datos quedan representados por la ecuación de Staudinger y obtenga las constantes de dicha ecuación.

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