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  • Apuntes de Qumica general I

    Prof: Oswaldo Aldas

    9 de julio de 2011

  • Captulo 1

    INTRODUCCION

    1.1. Cifras significativas.

    REGLAS.

    1. Las cifras significativas se cuentan de izquierda a derecha, a partir del primer dgitodiferente de cero y hasta el ultimo dgito

    Ejemplo 1. Determine el numero de cifras significativas en cada medicion.

    a.- 24ml Tiene 2 sifras significativas.

    b.- 3011g Tiene 4 sifras significativas.

    c.- 0,0320m3 Tiene 3 sifras significativas.

    d.- 6,4 104J Tiene 2 sifras significativas.e.- 500kg Puesto que 500 es un numero ambiguo escribimos.

    500kg = 5,0 102kg Tiene 2 sifras significativas.500kg = 50,0 101kg Tiene 3 sifras significativas.

    2. Cuando se suma o se resta numeros decimales, el numero de cifras decimales (nosignificativas) del resultado es igual al menor numero de cifras decimales de los dosterminos

    3. Al multiplicar o dividir dos numeros, el numero de cifras significativas del resultadoes igual al menor numero de cifras significativas de los factores.

    Ejemplo 2. Realize las operaciones siguientes, y redondee la respuesta al numero de cifrassignificativas pertinentes.

    a.- 26,5862L+ 0,17L = 26,7562Lpero lo correcto es escribir 26,76L pues en la suma o resta de dos mediciones elnumero de cifras a la derecha del punto decimal esta determinado por el menornumero de cifras a la derecha del punto decimal de cualquiera de las mediciones, eneste caso 2.

    1

  • b.- 9,1g 4,682g = 4,4

    c.- 7,55 104m 8,62 103m = 6,69 104m pues el menor numero de cifras contadasdesde el punto decimal es 2

    d.- (7,1 104m)(2,2654 102m) = 1,6 107m pues en la multiplicacion y division seconserva el menor numero de cifras significativas de cualquiera de las mediciones,en este caso 2

    e.- 6,54g86,5542mol

    = 7,55 102g/mol.

    Ejemplo 3. Factor unitario.Usando el metodo del factor unitario de conversion trans-formar:

    0,082 l.atmmol.K

    calmol.K

    Escriba la respuesta con el numero de cifras significativas pertinentes.

    0,082 l.atmmol.K

    1,01x105N1atm.m2

    1J1N.m2

    1cal4,18J

    .1,0x103m3

    1l

    = 1,98 calmol.K

    , pero la respuesta debe tener dos cifras significativas por tanto se tiene 2 calmol.K

    1.2. Temperatura.

    Antes de definir lo que es temperatura, empecemos definiendo los siguientes conceptos:

    Contacto Termico.- Dos cuerpos estan en contacto termico cuando entre los dos puedeocurrir un intercambio de energa sin que se realice trabajo macroscopico

    Equilibrio Termico.- El equilibrio termico es la situacion en la que dos cuerpos queestan en contacto termico no intercambian energa por medio de calor o radiacion elec-tromagnetica.

    Temperatura.- La temperatura es una propiedad que permite determinar si dosobjetos estan en equilibrio termico, pues dos objetos en equilibrio termico estan a lamisma temperatura, y si dos objetos no estan en equilibrio termico tienen diferentestemperaturas.

    Consideremos los sistemas S1 y S2 cerrados es decir no hay intercambio de materia

    2

  • 1

    S1

    2

    S2

    q

    donde: 1 es la temperatura del sistema S1 y 2 es la temperatura del sistema S2

    Si 1 > 2; se da expontaneamente el flujo de calor q de S1 a S2y Si 1 = 2; se tiene el Equlibrio Termico.

    1.3. Escalas de Temperatura.

    Los termometros uasdos en la vida diaria estan basados en alguna propiedad fsicade un sistema, como por ejemplo el termometro de mercurio se basa en la propiedad dedilatacion del mercurio con la variacion de temperatura . Para transformar celcius a fah-

    renheit se tiene la realcion:

    F329

    = C5

    3

  • Captulo 2

    GASES

    El nombre Gas proviene de la palabra CAOS , pues el movimiento de las particulasen un gas no tienen una direccion fija.

    A

    AA

    A

    En el estudio de los gases a nivel macroscopico, se estudian las llamadas variables deestado, las cuales unicamente dependen del estado inicial y final del sistema y no de latrayectoria. Evidentemente W = Trabjo no es una variable de estado

    variables de estado

    V

    PEXT

    4

  • Presion.- (P) Se mide principalmente en atm,Pa,mmhg,Torrs.

    1atm = 760torrs = 760mmHg

    Volumen.- (V) medido en litros(l).

    Temperatura.- () medida en celsius, Kelvin.

    Estas tres variables de estado se relacionan mediante las siguientes leyes:

    2.1. Leyes de los Gases

    1. Ley de Boyle .-( = cte) Establece que la presion de un gas en un recipiente cerra-do es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperaturaes constante.

    1/V

    P

    P = cteV

    De esta ecuacion se concluye que si la presion tiende a ser cero el volumen tinde alinfinito, lo que en la naturaleza si sucede debido a la rapida expansion del gas en elespacio.

    2. Ley de Charles .-(P = cte) Establece que el volumen de un gas es directamenteproporcional a la temperatura

    V= cte

    5

  • ECUACION DE ESTADO.

    Para establecer la ecuacion mas importante en el estudio de los gases ideales, pri-meramente analicemos lo que es la:

    Escala Absoluta de Temperatura

    273,15

    V1

    1 (C)

    V (l)

    G1

    G2

    Notese que para los dos casos G1 y G2, la presion del gas es cero cuando la tempe-ratura es de 273,15C A este valor se le denomina:

    Cero absoluto de temperatura= 273,15C

    la temperatura particular de 273,15C da origen a la denominada Escala Abso-luta de Temperatura, que fija 273,15C como su punto cero.

    De aqui en adelante notaremos por T a la temperatura absoluta, es decir a la medidaen kelvins (K) en lugar de

    Para convertir de C a K se tiene la relacion.

    C=T-273.15

    Ahora escribamos la ECUACION DE ESTADO o LA ECUACION DEL GASIDEAL.

    6

  • PV=nRT

    Donde:P: Presion en atm.n: numero de moles del gas.T: temperatura en Kelvins R: Es la constante universal de los gases

    R = 0,0812 atm.lmol.K

    = 8,314 Jmol.K

    Ademas recordar que R = kBNADonde: kB: Constante de Boltzman. kB = 1,38 1023 JKNA: Numero de avogadro.NA = 6,022 1023

    3. LEY DE DALTON.

    Consideremos el recipiente cerrado que contiene nA moles del gas A y nB moles delgas B; la ley de Dalton o ley de las presiones parciales establece que:

    PTot = PA + PB (1)

    De la ecuacion del gas ideal setiene que:

    PA =nARTV

    ; PB =nBRTV

    , remplazando en (1)

    PTot = (nA + nB)RTV, (2)

    si dividimos (2) por nTot = nA + nB se tiene

    PTotnTot

    = ( nAnTot

    + nBnTot

    RTV

    Donde:XA =

    nAnTot

    , se denomina fraccion molar de A

    XB =nBnTot

    , se denomina fraccion molar de B

    Con un razonamiento analogo se generaliza el resultado para el caso de n gases

    PTotnTot

    =

    XiRTV

    Donde:Xi = fraccion molar i =

    ninTot

    7

  • Ejemplo 4. Una muestra de 2.14 litros de cloruro de hidrogeno gaseoso a 2.61 atm y 28C se disuelve completamente en 668ml de agua pura forma acido clorhdrico calcule lamolaridad de la solucion.

    MOLARIDAD M = molessolutoV solucionl

    Tenemos los datos:VHCl = 2,14l, PHCl = 2,61atm, TH2 = 28C + 273,15K = 301,15KVH2O = 668ml 1l103ml = 0,668l

    Usando la ecuacion de estado calculemos las moles de HCL

    nHCl =PVRT

    nHCl =2,61atm2,14l

    0,08214l atm.lmol.k

    301,15K

    nHCl = 0,226

    M = nHClVH2O

    M = 0,2260,668

    = 0,338molHCllH2O

    2.2. Desviaciones del GAS IDEAL

    Los gases reales se desvan del comportamiento ideal porque las moleculas reales tie-nen un volumen no siempre despreciable y porque se atraen entre s.Es imposible despreciar las atracciones moleculares cuando las moleculas se mueven len-tamente, es decir, a bajas temperaturas; cuando los gases se comprimen, los volumenesmoleculares se hacen importantes.Por ello los gases se aproximan mas al comportamiento ideal a temperaturas altas y pre-siones bajas.

    Se han propuesto varias ecuaciones de estado para los gases reales. Van der Waals modi-fico la ley de los gases ideales en 1873, para tener en cuenta los dos factores anteriores.

    La ecuacion de Van der Waals es:

    (p+ a.n2

    V 2) (V nb) = nRT

    Donde a es una constante experimental relacionada con las atracciones moleculares, y besta relacionada con el volumen molecular.

    Gas Hg He H2 H2O O2 N2 CO2a atmi2/mol2 8,09 0,0314 0,244 5,464 1,360 1,390 3,592b cm3/mol 17,0 23,70 26,61 30,49 31,83 39,12 42,67

    8

  • Captulo 3

    Fuerzas intermoleculares de lquidos

    y solidos.

    3.1. Teora cinetica molecular de lquidos y solidos.

    En el captulo anterior se utilizo la teora cinetica molecular para explicar el com-portamiento de los gases en funcion del movimiento aleatorio de las moleculas que loconstituyen. Se debe notar que las distancias que separan las moleculas de un gas sonmuy grandes comparadas con su tamano que se puede considerar que a condiciones nor-males de presion y temperatura (1atm, 25C) no hay una iteraccinon apreciable entre ellas.La gran separacion entre las moleculas de un gas permite que sea facil de comprimir.En los liquidos y solidos sucede todo lo contrario, la diferencia principal entre los esta-dos condensados (lquidos y solidos) y el estado gaseoso se basa en la distancia entre lasmoleculas. En los lquidos, las moleculas estan tan juntas que hay muy poco espacio vaco,lo que causa que los lquidos sean mas difcikes de comprimir que los gases.

    Algo similar sucede con los solidos, en este caso las moleculas estan muy juntas, y ocu-pan una posicion rgida y practicamente no tienen libertad para moverse. en un solidohay menos espacio vaco que en los lquidos, esta es la causa de que los solidos sean casiincomprensibles y tanto su forma y volumen estan bien defi