estequiometria

EXPOSICIÓN GRUPO Nº 1

Variables relacionadas con la materia y la energía, clases de energía, primera ley de la termodinámica, calorífica,

entalpía, grafico Cp vs Q, ejercicios.

Andrea Martínez Hoyos María Paula Polania Trujillo Yuslly Yenith Cicery Collazos Alexandra Duran Coronado Diana María Silva Sierra

VARIABLES RELACIONADAS CON LA MATERIA

Estricto control sobre la materia que se maneja en los procesos.

Ese control se lleva a cabo midiendo los gastos

LOS GASTOS

Cantidad de materia que pasa por un punto ó que se procesa por unidad de tiempo.

LOS GASTOS

Se puede utilizar el gasto para medir:

COMPOSICIÓN

Variable intensiva Se expresa como la concentración de

los diferentes componentes de una mezcla.

CONCENTRACIÓN MASA: Si i=1, esta concentración es la

densidad absoluta

COMPOSICIÓN

CONCENTRACIÓN MOLAR:Número de moles de un compuesto por

unidad de volumen de solución

COMPOSICIÓN:

FRACCIÓN MASA Y FRACCIÓN MOL:

RELACIÓN MASA Y RELACIÓN MOL:

COMPOSICIÓN

PORCENTAJE EN VOLUMEN:

MOLARIDAD:

MOLALIDAD:

NORMALIDAD:

DENSIDAD

Variable intensiva Relaciona masa y volumen

DENSIDAD ABSOLUTA:

DENSIDAD RELATIVA:

Ej:

VARIABLES

PESO ESPECÍFICO:

DENSIDAD EN GRADOS API:

•Es la escala más usada para medir los productos derivados del petróleo.

•Medida de densidad que describe cuán pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua.

•Se usa solamente para medir líquidos más ligeros que el agua.

DENSIDAD EN GRADOS API

Un mayor valor en grados API en un producto de refinería representa que este tiene un mayor valor comercial.

EJERCICIO Cuál es el volumen de HCl concentrado, con una

densidad de 1.19g/ml y 38% de HCl, en masa, necesarios para preparar 1L de solución 0.1N?

Para resolver el problema es necesario realizar varios pasos:

1. De la expresión se conoce la normalidad y el volumen. Se puede calcular el No eq.g del ácido.

2. Luego transformamos el No de eq.g de HCl en gramos de HCl.

3. La información suministrada por el problema nos da la concentración inicial del ácido (38% en masa). Por tanto debemos realizar los ajustes correspondientes.

ionLitroSoluc

esGramosequivalentNormalidad i

SOLUCIÓN

4. Luego se debe calcular el volumen de HCl a partir de la densidad del ácido.

Desarrollando cada punto se tiene:

1.

2. Se expresan los Eq.g en gramos de HCl, teniendo en cuenta que 1Eq.gHCl=36.5g (masa molecular):

SOLUCIÓN

3. Si el ácido del cual partimos para preparar la solución tuviera una concentración del 100%, la cantidad de HCl necesaria sería de 3.65g. Dado que el HCl disponible está al 38%, se va a necesitar una mayor cantidad de ácido, según el siguiente cálculo:

Esto quiere decir que en realidad se necesitan 9.6g de HCl del 38% para preparar la solución solicitada.

SOLUCIÓN

4. Para expresar la respuesta en volumen, se tiene en cuenta la densidad de la sustancia, según la cual:

Por lo tanto para preparar 1L de solución 0.1N, se necesitan 8.06ml de HCl al 38%

VARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍAVARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍA

FUERZA

Es todo aquello capaz de modificar el estado de inercia de un cuerpo

F= [M] *[ Lθ¯²]F = m · a

UNIDADES

SI N, donde 1N= 1Kg · m/s²

S. Inglés lbf , donde 1 lbf= 32,174 lbm · ft/s


PESO (W)

Es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo en dirección vertical y descendente.

W= [M][Lθ¯²]W = m·g (N)

Peso Específico (w)Es el peso de una unidad de volumen de una sustancia.

w= ρ·g (N/m³)


ENERGÍA

Es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

Energía= M L²θ¯²

UNIDADES

SI J, donde 1 J= 1 N · m

S. Inglés BTU , donde 1 BTU= 1.055 KJ

(BTU= unidad térmica requerida para elevar la temperatura de 1lbm de agua a 68 ºF desde 1ºF)


TRABAJO

Forma de transmisión de energía entre los cuerpos. Se define como la fuerza ejercida sobre un cuerpo lo cual produce el desplazamiento del mismo.

W = [M Lθ¯²] *[L]W= M L²θ¯²

W = F*x


POTENCIARelación entre forma de energía o trabajo realizado y el tiempo empleado.

P = M L²θ¯² /θP= M L²θ¯³

P = W/t

UNIDADES

MKS absoluto WW (Vatio), donde 1 WW= 1 J/s

MKS gravitacional WW= kg m/ s = kgf- m/s

S. Inglés Hp(Horse Power)= 550 lb ft/s =550 lbf ft/s


PRESIÓNPropiedad intensiva definida como la fuerza ejercida sobre la unidad de área.

P = [M Lθ¯²] *[L¯²]P= M L¯¹θ¯²

P = F/A UNIDADES

Sistema Internacional P (P (Pascal), donde 1 PP= 1 N/m² =7,5 * 10¯³ Torr

1 atm= 760 torr= 760 mm Hg

MKS Presión= kg/cm² = lb/ in²

S. Inglés 1 psi= Lbf/ in²

VARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍAVARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍAo Presión Hidrostática

Es la presión que se ejerce en una columna de fluido sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él.

Ph= Peso/ área = ρgh

o Presión AtmosféricaEs la fuerza que el peso de la columna de atmósfera ejerce por encima del punto de medición por unidad de área. Varía según los puntos de la superficie terrestre.

P= 760 mm Hg = 1.033 kg/cm²

VARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍAVARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍAo Presión Manométrica

Es una medida de la fuerza por unidad de área ejercida por un fluido.

Pmanométrica= Pabs- Patm

o Presión de Vacío

Es la presión por debajo de la presión atmosférica normal.Pvac= Patm- Pabs

o Presión AbsolutaEs la presión real en una posición dada. Se mide respecto al vacío absoluto. Presión del cero absoluto.

VARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍATEMPERATURA

Medida indirecta del grado de calor de la materia.

VARIABLES RELACIONADAS CON LA ENERGÍACONVERSIONES TEMPERATURA

273,15

1,8

459,67

ºC

K

ºF

R

Multiplica

Divide

Resta

Suma

EJERCICIOS

Se desea construir una nueva escala de temperaturas basadas en cierto compuesto. La escala tendrá como nombre “Escala Química Universal”. En esta nueva escala 0º QU corresponden a la temperatura de fusión del compuesto y 250 ºQU a la temperatura de ebullición.

Si el punto de fusión es de 10ºC y el de Ebullición es de 115ºC, calcular:

a) La T en la nueva escala del cero absolutob) A qué T en la escala Celsius equivale 200 º

QUc) A Qué T en la escala QU corresponden 794 ºR

Un manómetro de mercurio se conecta a un ducto de aire para medir la presión en el interior. La diferencia en los niveles del manómetro es de 15 mm y la presión atmosférica es 100 kPa. Determine la Presión absoluta en el ducto.

CLASES DE ENERGIA

•ENERGÍA: Capacidad de trabajo que tiene un cuerpo o un sistemas de cuerpos.•TRABAJO: Aplicación de una fuerza a través de una distancia.

Energía potencial: se debe a la posición que guarda un cuerpo respecto a cierto nivel de referencia.Energía cinética: energía que un cuerpo posee debido a su movimiento.Energía mecánica: energía que se le introduce o se le quita a un sistema.Energía por fricción: energía perdida debido a la fricción.

Energía interna: suma de las energías cinéticas y potenciales.

Energía de presión: parte de la energía interna de un cuerpo que puede hacer trabajo.

Energía química: energía liberada o absorbida en un reacción química.

Energía eólica: energía generada por el viento. Energía hidráulica: energía producida por el agua.

EJERCICIOS

¿Qué potencia se necesita para elevar 1000 L de agua a una altura de 20 m en un tiempo de dos segundos?

Un tanque esta colocado a una altura de 10 m sobre el nivel del piso; del tanque sale una tubería de tres pulgadas. Si el agua llena el tanque hasta una altura de 2 m, ¿Cuál será la velocidad con la que saldría el agua del tanque por el fondo de la tubería? Desprecie las perdidas por fricción.

La Primera Ley de la Termodinámica

Se refiere a la ley de la termodinámica que establece la conservación de la energía . Esdecir esta ley establece que para una cantidadde una forma de energía que desaparece otraforma de la misma aparecerá en una cantidadigual a la desaparecida.


Esta cantidad de energía dará origen a unincremento de energía interna del sistema ytambién efectuara cierto trabajo externo comoconsecuencia de dicha absorción calorífica. Sepuede establecer matemáticamente como:

∆E + w = q∆E = q – w


Como la energía interna de únicamente delestado de un sistema, entonces el cambio dela misma ∆E, involucrando el paso de unestado donde la energía es E1 a otro donde esE2. esta dada por:

∆E = E2 – E1


Trabajo (w)

dw = f*dl = P*A*dldw = P*dV

P

P

dl


Por integración entre los limites V1 y V2, seobtiene:

w = ∫P*dVSi el único trabajo hecho por el sistema es deesta naturaleza, entonces la primera ley de latermodinámica se podría expresar como:

∆E = q – ∫P*dV

V2

V1

V2

V1


Bajo condiciones especiales las anterioresecuaciones pueden tomar formas particulares:1. El volumen es constante. Cuando este no

varia: dv = 0, dw = 0 y la ecuación de la primera ley de la termodinámica se convierte en :

∆E = q


Bajo condiciones especiales las anterioresecuaciones pueden tomar formas particulares:2. La presión de oposición es cero. Un proceso

de este tipo se denomina expansión libre . Aquí P = 0, dw= 0 y de nuevo:

∆E = q


Bajo condiciones especiales las anterioresecuaciones pueden tomar formas particulares:3. La presión de oposición es constante. Si P =

constante, entonces la ecuación del trabajo por integración nos da:

w = P(V2 – V1)Y la ecuación de la primera ley se convierte en:

∆E = q – P(V2 – V1)


Bajo condiciones especiales las anterioresecuaciones pueden tomar formas particulares:4. La presión oponente es variable. Cuando P

es variable debe quedar establecida como una función de V para que esta sea integrable. La integración también puede llevarse a cabo por un procedimiento grafico de P contra V, determinando el área bajo la curva. Una vez que ha sido determinada, se reemplaza en la ecuación de la primera ley para obtener ∆E, o q. según el caso.


Ejercicio: Un conjunto de pistón y cilindro contiene 1

kg de agua. Sobre el pistón actúa un resorte lineal; el pistón descansa inicialmente sobre unos topes. A una presión de 300 kPa el pistón flotará y a un volumen de 1,5 m3 la presión de 500 kPa equilibraría al pistón. El estado inicial del agua es 100 kPa con un volumen de 0,5 m3. Se agrega calor hasta alcanzar una presión de 400 kPa.

Determinar: la temperatura inicial, el volumen total en el estado final, el trabajo realizado y la transferencia de calor durante el proceso.

Es la cantidad de energía necesaria para aumentar en 1 unidad la

temperatura de una determinada cantidad de sustancia. La Capacidad

Calorífica (C) de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor

dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de

temperatura bajo el suministro de calor.

Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la

sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por

ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la

capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de

un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la

temperatura y de la presión.

La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica

específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere

a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor»

C = Q/∆T [J/K]

.

Donde, C es la capacidad calorífica, Q es el calor ∆T la variación de temperatura

El calor específico o capacidad calorífica específica, c, es una

magnitud física definida como la cantidad de calor necesaria para

aumentar su temperatura en una unidad por unidad de masa, sin

cambio de estado:

En donde c es el calor específico, Q es la cantidad de calor, m la

masa y ΔT la diferencia entre las temperaturas inicial y final.

Su unidad en SI es el Julio sobre kilogramo por Kelvin, cuya

notación es J/(kg•K). También se usa según el Sistema Técnico, la

kilocaloría por kilogramo y grado Celsius y su notación es:

kcal/kgºC.

C=

Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se

necesita para incrementar la temperatura.

Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la

temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la

misma masa.

Es una magnitud de termodinámica simbolizada con la

letra H, la variación de entalpía expresa una medida de

la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema

termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de

energía que tal sistema puede intercambiar con su

entorno.

H= U + pVDonde:H es la entalpía (en julios).U es la energía interna (en julios).p es la presión del sistema (en atmósferas).V es el volumen del sistema (en litros).

Para una reacción exotérmica a presión constante, la variación de

entalpía del sistema es igual a la energía liberada en la reacción,

incluyendo la energía conservada por el sistema y la que se pierde a

través de la expansión contra el entorno.

(Es decir que cuando la reacción es exotérmica la entalpía del sistema es

negativa).

Análogamente, para una reacción endotérmica, la variación de entalpía

del sistema es igual a la energía absorbida durante la reacción,

Incluyendo la energía perdida por el sistema y la ganada a través de la

expansión contra el entorno.

(En las reacciones endotérmicas el cambio de entalpía es positivo para el

sistema, porque gana calor)

La entalpía total de un sistema no puede ser medida

directamente; la variación de entalpía de un sistema sí

puede ser medida en cambio.

La variación de entalpía se define mediante la siguiente

ecuación:

LA ENTALPIA SEGÚN EL PROCESO PUEDEN SER:

Entalpía de reacción Entalpía de formaciónEntalpía de combustiónEntalpía de disolución Entalpía de enlace

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