guia ejercicios qui230

Universidad Andrés Bello Facultad de Ecología y Recursos Naturales

Departamento de Ciencias Químicas

Manual de Ejercicios de

Fisicoquímica II

Código QUI 230 Pre-requisitos QUI 110, QUI 111, MAT 102

(FMF021, FMF132, QUI020, QUI021,QUI042)Co-requisito QUI 130 Horas Laboratorios semanales 3 Horas Ayudantía semanal 0 Créditos 1 Semestre 4 Carreras Bioquímica, Química y Farmacia

COMPILADO POR

Dr. Andrés Olea Dr. Raúl Barraza

Dr. Juan C. Santos Dra. Nancy Pizarro Dra. Irma Fuentes

Manual de Ejercicios Fisicoquímica II 1


La fisicoquímica es una rama de la química que integra química, física y las matemáticas. Dada la complejidad de los tópicos que se desarrollan durante el semestre, es necesario el estudio clase a clase de las materias expuestas por el profesor, y la realización de ejercicios teóricos. Por esto, los profesores de fisicoquímica han desarrollado este manual con el objetivo de entregar a los estudiantes una gama de ejercicios básicos que deben desarrollar durante este curso, para aprobar el ramo con éxito.

Tópicos Generales de Fisicoquímica II.

Las guías de ejercicios desarrollarán los siguientes contenidos:

1.1 Disoluciones Ideales. Modelo de disolución Ideal. Propiedades Termodinámicas de Mezclas Propiedades de Soluciones ideales

1.2 Disoluciones Reales. Coeficientes de Actividad, Modelos de referencia Propiedades termodinámicas de mezclas y excesos. Coeficientes iónicos medios. Ley límite de Debye- Huckel. 2.1 Sistemas Electroquímicos

Conceptos Básicos, Potenciales electroquímicos.Ecuación de Nerst, pilas galvánicas. Tipos de Electrodos. Potenciales Normales

2.2 Sistemas Electroquímicos

Fuerza Electromotriz (fem). Aplicaciones del uso de la fem Termodinámica de procesos electroquímicos.

3.1 Fisicoquímica de Superficies. Concepto de interfase.

Tensión superficial. Interfases curvas. Formulaciones termodinámicas de las funciones de estado superficiales. 3.2 Fisicoquímica de Superficies.

Exceso superficial, ecuación de Young-Laplace. Capilaridad. Métodos de medida de tensión superficial. Tensión interfacial. Energía Superficial

Esparcimiento y adhesión. 3.3 Fisicoquímica de Superficies.

Adsorción en interfases líquidas y sólidas Propiedades eléctricas de las interfases

Aplicación de agentes tensoactivos, sistemas coloidales. Formación de micelas y determinación de la concentración micelar crítica.


4.1 Conductividad

Conductividad térmica, eléctrica, y conductividad eléctrica de disoluciones de electrólitos.

5.1 Reología Sistemas newtonianos, sistemas no newtonianos, aplicaciones farmacéuticas.

5.2 Reología

Tixotropía, Determinación de las propiedades reológicas. Viscoelasticidad, aplicaciones farmacológias.

6.1 Cinética Química Teorías de las velocidades de reacción Integración de las ecuaciones cinéticas

6.2 Cinética Química Determinación de las ecuaciones cinéticas. Mecanismos de reacción.

6.3 Cinética Química Influencia de la temperatura en las constantes cinéticas. Aplicaciones a sistemas simples. Catálisis enzimática. Polimerización.


GUIA DE EJERCICIOS # 1

SOLUCIONES IDEALES Y REALES

1. Calcule ΔGmez, ΔSmez, ΔHmez y ΔVmez para el proceso de mezcla de 100 g de benceno (C6H6) con 100 g de tolueno (C6H5CH3) a 20°C y 1 atm. ¿Se puede asumir un comportamiento de disolución ideal para realizar los cálculos? Explique.

2. La mezcla de dos componentes muy próximos de una serie homóloga, tal como n-hexano y n-heptano, origina una disolución que en la práctica se comporta como ideal. Calcule ΔGmez, ΔSmez, ΔHmez y ΔVmez a 30 ºC, para una mezcla líquida a las siguientes fracciones molares de n-hexano: 0,1; 0,3; 0,5; 0,7 y 0.9. Grafique y discuta sus resultados.

3. Las presiones de vapor del n-hexano y del n-heptano a 30ºC son 250,4 y 57,6 mm Hg respectivamente. a) Para la mezcla líquida n-hexano (1)/ n-heptano(2) en equilibrio con su vapor a la misma

temperatura, calcule las presiones parciales y la presión total a las fracciones molares en la fase líquida X1 = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8. Grafique y discuta sus resultados.

b) Calcule la concentración de la mezcla gaseosa en equilibrio con la disolución liquida a las mismas fracciones molares anteriores.

4. Se destila 1 mol de solución equimolar de etanol y propanol, hasta que el punto de ebullición

llega a 90°C. Se recoge el destilado y luego de mezclarlo perfectamente, se mide su presión vapor, obteniendo 1066 mm Hg a 90°C. Las presiones de vapor del etanol y propanol puros, a la misma temperatura, son 1190 y 574 mm Hg, respectivamente. Suponiendo comportamiento ideal de los vapores y la solución, calcule: a) La fracción molar de etanol en el líquido que hierve a 90°C. b) La fracción molar de etanol en el destilado.

5. A 100°C, las presiones de vapor del hexano y del octano son 1836 y 354 torr, respectivamente. Cierta mezcla líquida de estos 2 componentes tiene una presión de vapor de 666 torr a 100°C. Calcule las fracciones molares en la mezcla líquida y en la fase vapor. Suponga una disolución ideal.

6. Dos líquidos A y B forman una solución ideal a 25ºC. Una disolución de A y B, contiene 25% en moles de A en líquido y 50% en moles de A en la fase vapor en equilibrio. Calcule la razón entre las presiones de vapor de los componentes puros.

7. La presión de vapor de una solución que contiene 3% en moles de etanol en agua es de 760 mm Hg a 97,11°C. La presión de vapor del agua pura a esta temperatura es de 685 mm Hg. Empleando las leyes de Raoult y Henry (solución diluida ideal), calcule la presión parcial del etanol y agua a 97,11°C, para una solución cuya fracción molar en etanol es de 0,02.


8. A partir de los valores de presión de vapor total, fracción molar en la fase líquida (X) y de fracción molar en la fase vapor (Y), para una disolución de acetona(1)/cloroformo(2) en equilibrio líquido-vapor a 35.2 ºC, exhibidos en la tabla:

X1 Y1 P/torr

0,0000 0,0000 293 0.0821 0,0500 280 0,2003 0,1434 262 0,3365 0,3171 249 0,4188 0,4368 248 0,5061 0,5625 255 0,6034 0,7079 267 0,7090 0,8077 286 0,8147 0,8892 307 0,9397 0,9608 332 1,0000 1,0000 344,5

a) Determine los coeficientes de actividad de ambos componentes en el sistema de referencia simétrico (Convención I) a todas las fracciones molares en la fase líquida.

b) Indique el tipo de desviación con respecto del comportamiento ideal y explique como serían las interacciones moleculares en la mezcla, comparadas con las interacciones existentes en los componentes puros.

c) Determine los coeficientes de actividad de ambos componentes en el sistema asimétrico (Convención II). Considere al cloroformo como soluto, y realice el cálculo para las tres disoluciones más diluidas (últimos tres datos de la tabla).

d) Calcule ΔGmez y energía libre en exceso (GE) para la solución de fracción molar X1= 0,8147 utilizando como referencia la solución ideal (Convención I).

9. En un experimento de equilibro de fases entre líquido y vapor de una solución de

Acetona(A)/Metanol(B), a 57,2°C y 1 atm, se obtuvo que la presión parcial de A, PA = 52,3 kPa y la presión parcial de B, PB = 49 kPa, a la fracción molar XA=0,4 y YA=0,516. Con esta información: a) Calcule los coeficientes de actividad, y la actividad de los dos componentes en la solución utilizando como referencia la ley de Raoult (comportamiento de solución ideal). Las presiones de vapor de los componentes puros son de PA* = 105 kPa, y PB* = 73,15 kPa, a la misma temperatura. b) Determine los valores para la energía libre de mezcla y de exceso del sistema.

10. Determine la actividad y el coeficiente de actividad del cloroformo en acetona a 25C, donde el primero es solvente y el segundo es el soluto. Utilice la ley de Raoult para el solvente la ley de Henry para el soluto (K es de 22 kPa).

XC 0 0,20 0,40 0,60 0,8 1

PC/kPa 0 4,7 11 18,9 26,7 36,4 PA/kPa 46,3 33,3 23,3 12,3 4,9 0



SOLUCIONES DE ELECTROLITO 1. Para cada uno de los siguientes electrólitos:

NaCl, CuSO4, AlPO4, K2SO4, BaCl2, Na3PO4, Al(NO3)3 y Ca3(PO4)2. a) Clasifique de acuerdo a la valencia de los iones. b) Tabule los valores de +−+ zvv ,, y −z c) Compruebe que se cumple la condición de electroneutralidad. d) Obtenga una expresión para la molalidad iónica media ( )+

−m , a partir de la definición de molalidad y actividad.

e) Obtenga una expresión para la fuerza iónica media (I) en términos de m. 2. Suponiendo que se disponen de disoluciones acuosas con concentraciones: 10-3, 10-4 y 10-5

m (molal) de los electrolitos NaCl, K2SO4, Na3PO4, Ca3(PO4)2: a) Calcule los coeficientes de actividad iónicos medios ( )+

−γ de los electrolitos 1-2, 1-3, 2-3 y simétricos a cada valor de concentración, utilizando la ley límite de Debye-Hückel.

b) Indique hacia que valor deberían tender dichos parámetros a disolución infinita. c) Compare los resultados obtenidos en el punto a), para los electrólitos asimétricos, con

los valores que se determinan mediante la misma ley límite para los electrolitos: 2-1, 3-1 y 3-2.

3. La constante de ionización del ácido acético a 25ºC es 1,75 x 10-5. Utilizando la ley límite de

Debye-Hückel, calcule: a) El coeficiente de actividad iónico promedio y el grado de disociación en soluciones a concentraciones 0,01; 0,1 y 1,0 molal de ácido acético. b) Compare el valor del grado de disociación obtenido en la letra a, ignorando la actividad iónica.

4. En la tabla se muestran valores de Km en función de la concentración molal para el ácido

fórmico:

m 5,62×10-5 1,02 ×10-4 6,40 ×10-3 1,56 ×10-2 -log(Km) 3,732 3,729 3,658 3,613

A partir de estos datos determine el valor de Ka para el ácido.

5. Estime el grado de disociación de una solución de ácido acético 0,1m en presencia de KCl

0,1m. Compare este valor con el grado de disociación del ácido acético en presencia de una solución 0,1m de Ca(NO3)2.

6. Calcule la solubilidad del AgBr a 25ºC en presencia de una disolución 0,001 m de KNO3.

(Ks=6,5 × 10-3). ¿se obtendría un resultado distinto si en vez de KNO3 se utilizara NaCl o HNO3, ambos a una concentración de 0,001 m?

7. Estime la solubilidad del CaF2, Kps = 3,9 x 10-11, considerando el efecto de actividad iónica

en soluciones en presencia de: a) 0,1m de NaBr b) 0,1m de CaCl2



CELDAS ELECTROQUIMICAS

1. De acuerdo a la Convención Europea, decida cuales de las siguientes celdas están correctamente escritas e indique: ¿Cuáles son las reacciones anódicas y catódicas en las celdas correctas?

a) Fe /Fe+2 //Cu+2 / Cu b) Cu / Cu+2, H+ / Pt, H2 c) Fe /Fe+2, H+ / Pt, H2 d) Zn/ Zn+2, Cl- / Ag Cl /Ag e) Hg / Hg Cl2 / Cl-, Zn+2 / Zn

2. Encuentre el potencial de celda,ε, para la celda cuya reacción es:

Ni + Sn2+ → Ni2+ + Sn

Si la concentración de níquel es 1,3 M y la concentración de estaño es 0,1 mM. Prediga si la reacción espontánea en esa dirección.

3. La reacción global de celda:

Cu + Zn2+ → Cu2+ + Zn

Tiene los siguientes valores de de energía libre estándar de formación:

ΔGº298 (formación)= -35,14 Kcal/mol para Zn2+ (ac) ΔGº298 (formación)= 15,66 Kcal/mol para Cu2+ (ac)

Considerando los datos anteriores, calcule ΔGº298 (reacción) y εº. Responda: ¿Es esta reacción espontánea en esta dirección?

4. Calcule el potencial de la celda, considerando la siguiente reacción electroquímica: Cd +

2 H+ → Cd+2 + H2 Si todos los reactantes están en estado estándar y ΔGº298= -18,57 Kcal/mol para Cd2+, ¿La reacción es espontánea en el sentido que está escrita?

5. Demuestre que el Zn desplaza al cobre pero no al magnesio de disoluciones acuosas de

CuSO4 y MgSO4, respectivamente.

6. Muchas proteínas contienen el grupo aminoácido cisteína NH2CH(CH2SH)CO2H el cual sufre una rápida oxidación con la exposición al aire. Si la reacción puede ser escrita como:

2 32 2 2 2RSH H O RSSR H O e−

++ → + +

Use la ecuación de Nernst para mostrar que la oxidación debería ser inhibida por el ácido.


7. El potencial de la celda: Pb / PbSO4 / H2SO4 (a) // PbSO4 / PbO2/ Pt varía con la temperatura entre t=0 ºC y t=60 ºC según la relación:

ε = 1,91737 + 56,1 x 10-6 T +108 x10-8 T2 (v) Donde T se encuentra en K, y el H2SO4 tiene una concentración 1.0 m.

a) Determine ΔG, ΔH y ΔS para la reacción de la celda a 0 y 25 ºC. b) Escriba la reacción global de esta celda, considerando que las semi-reacciones son:

PbO2(s) + SO4

2- + 4 H+ + 2e = PbSO4(s) + 2H2O εº= 1,6849 V PbSO4(s) + 2e = Pb(s) + SO4

2- εº= -0,3553 V 8. Considere la siguiente celda:

Hg/ Hg2Cl2(s), HCl (ac) / H2, Pt A 20ºC la fem estándar es 0,2692 V, y a 30ºC es de 0,2660 V. Encuentre los valores promedios de ΔGº, ΔHº y ΔSº a 25ºC.

9. Para cada una de las siguientes pilas, identifique los electrodos según su tipo, escriba la

reacción total y calcule la fem, suponiendo que los iones tienen las actividades dadas:

a) Ag/Ag+( +−a =0,01) // Zn2+( +

−a =0,1)/Zn

b) Pt/Fe2+( +−a =1,0),Fe3+ ( +

−a =0,1) // Cl1-( +−a =0,001)/AgCl/Ag

c) Zn/ZnO22-( +

−a =0,1),OH-( +−a =1)/HgO/Hg

d) Al/Al+3( +−a =0,1) // Sn+2,Sn+4 ( +

−a =0,1)/Pt Indique en cada caso si la reacción es espontánea, tal como está escrita la pila.

10. Determine el valor que toma la razón entre la actividad del Zn+2 y del Cu+2 cuando la celda

de Daniell deja de funcionar. 11. Combine adecuadamente dos electrodos, de modo que posibiliten el cálculo del Kps del

AgCl a 25 ºC , a partir de sus potenciales normales. 12. Calcule la fem de la celda:

Zn/ZnCl2 (m=0,1) / Cl2(f=1atm)/ Pt

considerando que a 25 ºC el valor de γ +− del ZnCl2 a una concentración de 0,1m es de

0,339.


13. Para la celda :

Zn / ZnCl2(m1=1,0) // CuSO4 (m1=0,1) / Cu. Calcule la fem de la celda, considerando que γ +

− (ZnCl2, m1=1.0) = 0,339 y que γ +−

(CuSO4 (m1=0,1)) = 0,150. 14. Calcule γ +

− del ácido H2SO4 a la concentración 4m. Conside que a 25 ºC la fem de la celda H2/H2SO4 (a) / Hg2SO4/Hg

tiene un valor de 0,61515 V en H2SO4 de esta concentración, y que el valor de εº es de 0,61515 V.

15. A pH 7 y 310 K, se obtiene los siguientes datos:

NAD+ + H+ + 2 e → NADH εo = -0,32 Volt. ½ O2 + 2 H+ + 2 e → H2O εo = +0,82 Volt. ATP + H2O = ADP → Pi ΔG= -7,3 Kcal.

Calcule la constante de equilibrio de la siguiente reacción acoplada de la cadena respiratoria:

NADH + H+ + 3 ADP + 3 Pi + ½ O2 → NAD + 4 H2O + 3 ATP 16. Calcule la constante de equilibrio K y el cambio de energía libre estándar para la reducción

biológica de acetaldehído a alcohol etílico. En esta reacción el NADH actúa como el agente reductor para la reacción:

Acetaldehído + NADH + H+ → Alcohol etílico + NAD+

Los potenciales estándar a 25ºC son:

CH3CHO + 2H+ + 2ē → C2H5OH εº= -197 mV. NAD+ + 2H+ + 2ē → NADH + H+ εº= -320 mV.



FENOMENOS DE SUPERFICIE

1. a) Calcule la superficie de una gota de agua esférica de 1 cm3 de volumen. b) Calcule el área superficial de una dispersión de 1 cm3 de agua en la que cada microgota de agua es una esfera de radio 300 Ǻ.

2. Mediante un vaporizador se transforma un cm3 de agua en finas gotas esféricas de radio 10-5

cm a 20ºC. a) Calcule el cambio de la energía libre de Gibbs en el proceso, para el agua a 20ºC γ = 72,8

dinas/cm. b) Analice como varía G del proceso a medida que se forman gotas de menor radio. c) De acuerdo a los resultados obtenidos, refiérase a la espontaneidad del proceso.

3. Un tensiómetro de Du-Nuoy es un instrumento que se utiliza para determinar la tensión

superficial de un líquido o una solución. Este instrumento mide la fuerza necesaria para levantar un fino anillo de alambre de platino que yace en la superficie de un líquido. Determine el valor de la tensión superficial para un líquido, si el anillo de alambre tiene un diámetro de 2 cm y se necesita una fuerza de 677 dinas para separar el anillo de la superficie del líquido.

4. Calcule la diferencia de presión que se genera en una interfase esférica formada por aire y solución acuosa de detergente con γ = 30 dinas/cm y r =1 cm.

5. Dos tubos capilares de 0,6 y 0,4 mm de radio, se introducen en un líquido de densidad 0,901

g/cm3, produciéndose una diferencia de ascenso capilar de 1 cm. Calcule γ del líquido. 6. Calcule la diferencia de presión que se genera en una interfase formada por aire y agua a

25ºC (γ = 72,0 dinas/cm), para capilares con radios de 0,01; 0,5 y 1 mm respectivamente y analice que sucede a medida que aumenta el valor del radio.

7. Calcule la presión de vapor que se genera en gotas de agua con radio de 10-5 y 10-8 m a

25ºC. (Pº H2O a 25ºC = 27,56 mmHg). 8. Calcule el ascenso capilar del agua pura a 20ºC en capilares de radio a 1,0; 0,5 y 0,01mm

respectivamente. Determine el valor del diámetro para un capilar que asciende 75 m a 20ºC. 9. Determine el descenso capilar del Hg en un tubo de vidrio de 1mm de diámetro, sabiendo

que la densidad del Hg es 13 g/ml y γ = 480 dinas/cm a 25ºC.


10. Las concentraciones de exceso interfacial de saturación de la superficie agua/ aire ( ∞Γ ) de tres sustancias con propiedades anfipáticas y largos de cadena variable se muestran a continuación:

Largo de cadena

C8 C10 C12

∞Γ 4,79 2,11 1,49 Determine el área superficial cubierta por moléculas y relacione sus resultados con el grado

de hidrofobicidad de la cadena lateral alquílica. 11. Se estudió la variación de la tensión superficial en función de la concentración de una serie

de disoluciones de n-butanol a 25ºC. Los valores obtenidos se muestran en la siguiente tabla:

Concentración (M)

Actividad Tensión Superficial (dinas/cm)

0,00329 0,00328 72,80 0,01320 0,01304 70,82 0,0536 0,0184 63,14 0,211 0,19277 48,08

0,8540 0,71189 29,87

Con estos datos: a) Analice la variación de la tensión superficial de las disoluciones de n-butanol, y clasifique este tipo de soluto. b) Determine el valor de la concentración superficial de exceso Γ de las soluciones de n-butanol. Para realizar este cálculo considere el uso de las actividades. c) Realice el mismo análisis utilizando las concentraciones de las disoluciones y analice las diferencias que se presentan con el punto anterior. d) Determine el área ocupada por cada molécula.

A continuación se muestran las gráficas que le permitirán desarrollar los puntos anteriores. Gráfico 1. Tensión superficial en función de la concentración de disoluciones de n-butanol

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

30

40

50

60

70

80

γ din

as/c

m

Concentración, M


Gráfico 2. Tensión superficial en función de la actividad de las disoluciones de n-butanol.

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00

30

40

50

60

70

80

γ din

as/c

m

Actividad

Gráfico 3. Tensión superficial en función del Ln de la Actividad de las disoluciones de n-butanol.

-6 -5 -4 -3 -2 -1 020

30

40

50

60

70

80

γ (di

nas/

cm)

Ln Actividad

B= -8,06

Los cuatro valores considerados en la regresión lineal generan una pendiente con un valor de: -

8,06 dinas/cm 12. A 21°C, las tensiones superficiales de soluciones de C6H5CH2CH2COOH a diferentes

concentraciones se exhiben en la tabla siguiente:

m (mmol/Kg) 3,35 6,40 9,99 11,66 15,66 19,99 27,40 40,80 γ (dinas/cm) 69,0 66,5 63,6 61,3 59,2 56,1 52,5 47,2

Con los datos calcule Γ2(1) para una disolución 20 x 10-3 molal.


13. Calcule la presión en el interior de una burbuja de gas en agua a 20°C, si la presión del

agua es 760 mm Hg y el radio de la burbuja es 0,04 cm. La tensión superficial del agua a 20 °C es 73 dinas/cm.

14. Cuando 1,00 x 10-4 cm3 de ácido esteárico disuelto en benceno se colocan

cuidadosamente sobre agua, la solución se esparce sobre el agua y el benceno se evapora. La película monomolecular de ácido esteárico, así formada, cubre un área de 400 cm2. Calcule:

a) La longitud, en A, de la molécula de ácido esteárico b) El área ocupada por molécula de ácido esteárico en la monocapa. PM(ác. esteárico) = 284,3 g/mol; d(ác. esteárico) = 0,85 g/cm3

15. La adsorción de proteínas en la interfase aceite-agua es de interés biológico, ya que en la membrana celular varias proteínas unidas a la región polar de la membrana lipídica controlan la agregación celular y el crecimiento celular. La adsorción de la serum albúmina de bovino (PM= 69000 gr/mol) en la interfase agua-aceite de maní, varía con la fuerza iónica y con el pH. A 30°C y fuerza iónica constante, la adsorción máxima de la proteína, dada por el exceso superficial de Γ 2(1) = 2,54 mg/m2 a pH 5 y Γ 2(1) = 0,70 mg/m2 a un pH 4. a) Calcule el área por molécula de la proteína para ambos valores de pH. b) ¿Qué comentario podría hacer Ud. sobre su resultado del área de la proteína a ambos

pH?.

16. Calcule el coeficiente inicial de esparcimiento de hexanol sobre agua a 20 °C. Considere γ (H2O)= 72,8 dinas/cm, γ(Hexanol) = 24,8 dinas/cm y γ (H2O,Hexanol) = 6,8 dinas/cm. Cuando los dos líquidos alcanzan su mutua saturación, γ (H2O(Hexanol)) = 28,5 dinas/cm y γ (Hexanol(H20)) = 24,7 dinas/cm. Calcule el coeficiente de esparcimiento final. Calcule el trabajo de cohesión para el agua y el hexanol y el trabajo de adhesión para la interfase hexanol - agua.

17. Para la adsorción de N2 sobre ZnO en polvo a 77 K, los volúmenes adsorbidos (corregidos

a O °C y 1 Atm) por g de ZnO a distintas presiones son:

P/mm Hg 56 95 145 183 223 287 442 533 609 V/ cm3/g 0,798 0,871 0,978 1,060 1,170 1,330 1,710 2,080 2,480

a) Determine cuál ecuación, Langmuir o BET, se ajusta mejor a los datos experimentales. b) Encuentre Vm (el volumen de gas para formar una monocapa) y calcule el área superficial efectiva por g de ZnO, suponiendo que una molécula adsorbida ocupa un área de 16 A2. El punto de ebullición normal del N2 es 77 K.

18. Los siguientes datos se refieren a la absorción de amitriptilina sobre carbón desde una

solución acuosa a 30°C.

N/10-3 mol/g 0,75 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 1,65 C/ 10-4 M 0,25 0,40 0,60 0,70 1,10 1,35 1,95

Determine cuál isoterma, si la Langmuir o Freundlich es más apropiada para describir el experimento y calcule las constantes correspondientes.



COLOIDES 1. En el Tensiómetro de Du-Nuoy, la variación de la tensión superficial del agua a distintas

concentraciones de dodecil sulfato de sodio (SDS).

γ (dinas/cm) 72,3 62,1 50,6 44,0 42,5 39,46 37,5 36,92 36,2 35,9 35,4

[SDS] (mM) 0 2,2 4,7 5,92 6,03 7,00 7,52 8,65 9,97 11,10 13,0

Encuentre mediante el uso de un gráfico la concentración micelar crítica para el SDS. Si el número de agregación es 80 ¿Cuál sería el número de micelas en un litro de solución de concentración 0,095 M?

2. En la administración de drogas por infusión intravenosa a ratas de experimentación, se hace

una prueba utilizando como medio de transporte micelas de un detergente no iónico (cmc = 0,7 x 10-3 M y número de agregación 96). Si la droga utilizada es amitriptilina y cada micela solubiliza tres moléculas de ésta, calcule cuánta droga se administraría en 0,5 cm3 de una solución 0,05 M de detergente.

3. Si 10 g de una solución con 15% en peso de etanol y 85% en peso de tolueno se vierten en

10 g de agua, en forma espontánea se forma una emulsión al diluirse el alcohol en el agua y dejar tolueno dividido en pequeñas gotas esféricas de 10-4 cm de diámetro. La tensión interfacial entre el tolueno y la mezcla agua-etanol es de 36 (erg /cm2) y la densidad del tolueno 0,87 (g/cm3). a) Calcule el trabajo asociado a la formación de las gotitas de tolueno. b) Describa mediante un dibujo la emulsión, indicando las zonas donde se encuentran el agua, benceno y etanol.

4. En el gráfico se observa la dependencia de la solubilidad de la 2-nitrodifenilamina con el

aumento de la concentración de detergente, lauril sulfato de potasio, agregado a la solución. a) ¿Podría Ud. determinar desde este gráfico la CMC de la molécula anfipática? Explique

cómo. b) Si se incrementa el largo de cadena de la molécula anfipática, ¿aumenta su

capacidad solubilizante? c) ¿Cuántas moléculas de soluto por micela hay en una solución 3x10-4 M de 2-

nitrodifenilamina, si la concentración de lauréato de potasio es 0,03 M y su número de agregación es de 60?



CONDUCTIVIDAD

1. Al llenar una célula de conductividad a 25 °C, cuya constante de celda es 0,263 cm-1, con

una solución de cloruro de potasio 0,02 molar, presenta una resistencia de 95,1 Ω. Al llenar la misma célula con una solución 0,005 molar de nitrato de plata, la resistencia es de 414 Ω. Determine la conductividad molar del nitrato de plata en la disolución 0,005 molar.

2. Se electrolizó una solución de ácido clorhídrico en una célula de transporte entre electrodos

de platino. El compartimiento catódico contenía 0,177 g de iones cloro antes de la electrólisis y 0,163 g después de ésta. Un columbímetro de plata en serie tenía un depósito de plata equivalente a 0,0825 g de iones de cloro. Calcular los números de transporte de H+ y Cl-.

3. Una solución 0,1 M de KCl se colocó sobre una solución de CdCl2 en un aparato de límite

móvil y se sometió a electrólisis con el ánodo en la solución inferior. El límite se desplazó 4,18 cm cuando pasó una corriente de 5,3 miliamperes durante una hora. El diámetro del tubo de sección circular es de 0,54 cm. ¿Cuáles son los números de transporte de los iones K+ y Cl- en esa solución de KCl?

4. Los valores de las conductividades iónicas límites para los iones H+ y el Na+ son 349,8 y

50,11 (Ω x mol)-1 cm2 respectivamente. A partir de estos datos, calcule las movilidades y las velocidades iónicas considerando que los iones se encuentran en una celda cuyos electrodos están separados por 5 cm y que se ha establecido un potencial de 2,0 V.

5. A partir de las conductividades iónicas límites de las siguientes soluciones infinitamente

diluidas: NaCl, KCl, NH4Cl, CaCl2. Calcule el número de transporte del ión Cl- en las soluciones. Discuta los resultados.

6. Una celda llena con una disolución de KCl presenta una resistencia de 4,2156 Ω. La disolución de KCl tiene una conductividad específica de 1,4088x10-3 (Ωxcm)-1. Con estos datos calcule: a) La constante de la celda. b) Si la misma celda es llenada con una disolución de HCl el valor que alcanza la resistencia es de 1,0326 Ω. Calcule la conductividad específica de esta disolución.

7. Las conductividades equivalente límites del benzoato de sodio, HCl y NaCl son 82,4; 426,2

y 126,5 (Ω x mol)-1 cm2 respectivamente. A partir de estos datos, utilizando la ley de migración independiente de iones de Kohlrausch, calcule la conductividad equivalente límite del ácido benzoico.


8. Las conductividades molares límite del ácido acético es de 390,7 (Ω x mol)-1 cm2. Los valores de la conductividad en función de la concentración se muestran en la tabla:

C(mol/Lt)x104 9,88 19,76 39,52

Λ(Ω x mol)-1 cm2 49,5 35,67 25,6

Con estos datos calcule: a) El grado de disociación a cada concentración según la definición de Arrhenius. b) La constante de disociación mediante la ley de dilución de Ostwald.

9. La conductividad específica para una disolución de BaSO4 es de 3.84 μS x cm-1 y la del agua pura es de 0.5μS x cm-1. A partir de estos datos calcule el Kps del sulfato de Bario.

10. Las conductividades molares a dilución infinita de soluciones acuosas de NH4Cl, NaCl y Na0H son respectivamente 130; 108,6 y 216,5 S cm2 mol-1 a 18 °C. La conductividad específica de una solución 0,01 M de amoníaco a la misma temperatura es 9,6 x 10-7 S cm-1 y el producto iónico del agua es 0,59 x 10-14. Determine: a) La concentración de iones NH4

+ en la solución de amoníaco. b) El pH de la solución de amoníaco.



POLIMEROS Y VISCOSIDAD 1. Una solución de polímero contiene igual número de moléculas de peso molecular de 10 000

y 20 000. Calcule el peso molecular promedio en número y promedio en peso y el índice de polidispersidad. ¿Por qué son distintos estos dos pesos moleculares promedios? ¿cómo se podrían medir experimentalmente?

2. a) Calcule Mn y Mw de una muestra de polímeros constituida por una mezcla equimolar de

dos especies cuyos pesos moleculares son 2,0 x 105 y 6,0 x105 b) Calcule Mn y Mw de una muestra de polímeros formada por una mezcla de pesos iguales de dos especies cuyos pesos moleculares son 2,0 x 105 y 6,0 x 105 c) ¿podría calcular el peso molecular promedio viscosimétrico?

3. Una solución de poliestireno en tolueno a 25°C presenta las siguientes presiones osmóticas: c /( g/100cm3) 0,160 0,256 0,293 0,380 0,538 π / Pa 16 28 33 46 72

Calcule el peso molecular promedio para este polímero. ¿Qué tipo de peso molecular promedio está calculando?

4. Una muestra de poliestireno fue disuelta en tolueno y se obtuvieron los siguientes tiempos de escurrimiento en un viscosímetro de Ostwald a 25° C para distintas concentraciones:

C (g/dL) 0,0 0,1 0,3 0,6 0,9

t (s) 86 99,5 132 194 301 Con estos datos determine: a) La viscosidad específica η sp b) La viscosidad reducida η RED c) La viscosidad intrínseca [η] d) El peso molecular promedio viscosimétrico para este polímero conociendo K= 3,7 x 10-4

dl/g y a=0,62 5. Los pesos moleculares y las viscosidades intrínsecas de una muestra de poliestireno en un

solvente X, están dados por las siguientes fracciones:

Fracción Peso Molecular

g/mol

[η] dl/g

1 393000 1,084 2 168000 0,571 3 117000 0,430 4 91000 0,354

Calcule las constantes K y a de la expresión de Mark-Houwink- Sakurada



CINETICA QUIMICA 1. Para el mecanismo:

A+ B → C + D 2C → F

F+ B → 2A + G

a) Determine la reacción global b) Clasifique las sustancias como reactivos, productos, intermedios o catalizadores

2. La velocidad específica de la reacción en fase gas: 2 NO2 + F2 → 2 NO2F, es 38 M-1 s-1 a 27

°C. La reacción es de primer orden en NO2 y F2. Calcule el número de moles de NO2, F2 y NO2F presentes después de 10 s, si se mezclan 2 moles de NO2 y 3 moles de F2 en un recipiente de 400 L a 27 °C.

3. Al mezclar una solución de A con igual volumen de una solución de B, que contiene el mismo

número de moles, ocurre la reacción: A + B → C. Al cabo de 1 h, ha reaccionado el 75% de A. ¿Qué cantidad de A quedará sin reaccionar después de 2 h si la reacción es: a) De primer orden en A y orden cero en B b) De primer orden en A y primer orden en B c) De orden cero en A y en B

4. Se ha determinado que en una cierta reacción de primer orden queda el 32,5% de los

reactantes transcurrido 540 segundos. a) Calcule el valor de la constante de velocidad b) El tiempo necesario para que se descomponga el 25% del reactivo.

5. La vida media de una reacción de primer orden es de 30 minutos.

a) Calcule la constante de velocidad de la reacción b) La fracción de reaccionante que queda después de transcurridos 70 minutos.

6. Una sustancia se descompone según una ecuación de velocidad de segundo orden. Si la

constante de velocidad es de 6,8 x 10-4 M-1s-1 y la concentración inicial es 0,01M, calcule el tiempo de vida de la sustancia.

7. A continuación se muestran los datos de degradación del fármaco piroxicam por radiación

lumínica.

[A]/mmol/dm3 100,05 82 60,5 40,06 22 11,5 Tiempo/semanas 0 1 2 3 4 5

Determine: a) La constante de velocidad b) El orden de la reacción.


8. Al estudiar la cinética de la reacción entre aldehído propiónico y ácido cianhídrico en

solución acuosa a 25 °C, se obtuvieron los siguientes resultados:

[HCN]/M 0,0990 0,0906 0,0830 0,0706 0,0653 0,0424 [C2H5CHO]/M 0,0566 0,0482 0,0406 0,0282 0,0229 0.0000

t/ min 2,78 5,33 8,17 15,23 19,80 ∞

Determine el orden de la reacción y la velocidad específica. 9. La constante de Velocidad, k de la reacción en fase gaseosa 2N2O5 → 4NO2 + O2 vale

1.73*10-5 s-1 a 25 oC. Su ecuación cinética es r=k[N2O5]. a) Calcule el semiperiodo de la descomposición del N2O5 a 25oC b) Calcule [N2O5] transcurridas 24.0 horas si [N2O5]o =0.010 mol/dm3. y el sistema esta a 25

oC. 10. En la reacción B → productos , los datos obtenidos cuando[B]o = 0.60 mol/dm3 son:

t/s [B]/[B]o

0 100 200 300 400 600

1000

1,000 0,829 0,688 0,597 0,511 0,385 0,248

Determine el orden de la reacción

11. En la descomposición de (CH3)2O a 777 K, el tiempo necesario para que [(CH3)2O]o se

reduzca a 0.69[(CH3)2O]o en función de [(CH3)2O]o , es

103[(CH3)2O]o/(mol/dm3) 8,13 6,44 3,10 1,88 t0.69/s 590 665 900 1140

a) Calcule el orden de la reacción b) Calcule k, suponiendo que d[(CH3)2O]/dt= -k[(CH3)2O]n

12. Las constantes cinéticas para la reacción en fase gaseosa H2 + I2 → 2HI, a varias temperaturas, son (co≡1 mol/dm3)

103k/ (co-1 s-1) 0.54 2.5 14 25 64 T/K 599 629 666 683 700

a) Calcule Ea y A gráficamente


13. Encuentre la energía de activación de una reacción cuya constante de velocidad se multiplica por 6.50 cuando se aumenta la temperatura de 300 a 310 K.

14. Para una reacción con Ea= 19 kJ/mol (4,5 kcal/mol), cuando se aumenta la temperatura de

300 a 310 K, por que factor viene multiplicado k? 15. La reacción en fase gaseosa XeF4 + NO → XeF3 + NOF cumple r=k[XeF4][NO]. Deduzca un mecanismo compatible con esta ecuación cinética. 16. La siguiente tabla contiene datos cinéticos (J. Phys. 63 1518 (1959)) de la siguiente reacción

a 25°C: OCl - + I - → OI - + Cl –

[OCl -] 0 M [ I -] 0 M [OH -] 0 M (d[OI -] / dt) 0 10 - 4 M / s 0,0017 0,0017 1,00 1,75 0,0034 0,0017 1,00 3,50 0,0017 0,0034 1,00 3,50 0,0017 0,0017 0,50 3,50

Encuentre la ley de velocidad y el valor de la constante de velocidad. 17. En el mecanismo:

A + B C + D

2C G + H

Considerando que la etapa 2 es la etapa limitante, calcule la energía de activación global si Ea(1) = 30 Kcal/mol, Ea(-1) = 24 Kcal/mol y Ea(2) = 40 Kcal/mol. ¿Cuál sería la expresión para la energía de activación global si la aproximación de la etapa limitante no es aplicable?

18. La velocidad de la reacción de oxidación de succinato de sodio, disolviendo oxígeno en presencia de una enzima, sigue una cinética Michaeliana. A partir de los siguientes datos, determine KM y la velocidad máxima:

[S]o/10-3M 10 2 1 0,5 0,33 ro/10-6Ms-1 1,17 0,99 0,79 0,62 0,50

k 1

k - 1

k 2


Respuestas de la Guía de Ejercicios # 1

SOLUCIONES IDEALES Y REALES

1. ΔGMez = -3,985 kJ; ΔSmez,= 13,59 J/K ΔHmez= 0 y ΔVmez =0

2. Los valores de las funciones de mezcla se muestran en la tabla:

X ΔGMez (J) ΔSmez (J/k) ΔHmez ΔVmez

0,1 -819,3 2,7 0 0 0,3 -1539,6 5,08 0 0 0,5 -1747 5,76 0 0 0,7 -1539,6 5,08 0 0 0,9 -819,3 2,7 0 0

Gráfica de ΔG MEZ y ΔS MEZ para la disolución

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

-1800

-1600

-1400

-1200

-1000

-800

ΔG

MEZ

X n-Hexano

3. a) En la tabla se resumen los valores de presiones parciales y presiones totales

X P1 (mmHg) P2 (mm Hg) PT (mmHg)0,2 50,1 46,1 96,16 0,4 100,2 34,6 134,7 0,6 150,2 23,0 173,3 0,8 200,3 11,5 211,8

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

ΔS

MEZ

X n-hexano


0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

20406080

100120140160180200220240260

P m

mH

g

X n-hexano

P1

P2

P TOTAL

P2

P1

P TOTAL

b) Las concentraciones de la mezcla gaseosa en equilibrio con la disolución se muestra en la tabla:

X X1

v X2v

0,2 0,521 0,4790,4 0,744 0,2560,6 0,867 0,1330,8 0,946 0,054

4. a) La fracciona molar del etanol en el líquido que hierve a 90ºC es de X1

l = 0,799. b) La fracción molar del etanol en el destilado es de 0,892.

5. Las fracciones molares se exhiben en la tabla.

X X1 X2 líquido 0,211 0,789vapor 0,582 0,418

6. PAº = 3PBº

7. P1 = 671,3 mmHg

P2 = 63,7 mmHg. 8.

a) Los coeficientes de actividad de ambos componentes calculados según la convención I, se muestran en la siguiente tabla:

X1 γ1 γ2 0,0000 ------- 1 0.0821 0,495 0,9890,2003 0,544 0,9580,3365 0,681 0,8750,4188 0,751 0,8200,5061 0,823 0,7710,6034 0,909 0,6710,7090 0,946 0,6450,8147 0,973 0,6270,9397 0,985 0,7371,0000 1 -------


b) En ambos casos se observa una desviación negativa con respecto al

comportamiento ideal.

c) Los coeficientes de actividad determinados utilizando la convención II, se muestran en la tabla:

X1 γ1 γ2 0,8147 0,973 1,2660,9397 0,985 1,4881,0000 1 -------

d) ΔG MEZ = 1,5 kJ; ΔGE= -278,9 J.

9. ΔG MEZ = -1425,9 J; ΔGE= 423,8 J. 10. Los valores de la actividad y coeficientes de actividad se muestran en la tabla.

γA aA γC aC

1,892 1,514 0,646 0,13



SOLUCIONES DE ELECTROLITO

1. La clasificación de algunos electrólitos según su valencia se muestra en la siguiente tabla:

a)

Electrólito → Catión Anión TipoNaCl → Na+ Cl- 1-1 AlPO4 → Al+3 PO4

-3 3-3 K2SO4 → 2K+ SO4

-2 1-2 BaCl2 → Ba+2 2Cl- 2-1 Al(NO3)3 → Al+3 NO-3 3-1

b) Los valores de ν+, ν-, z+ y z- se algunos electrólitos se observan en la

tabla: Cν+Aν- → ν+Cz+ + ν-Az-

Electrólito ν+ ν- z+ z- NaCl 1 1 +1 -1AlPO4 1 1 +3 -3K2SO4 2 1 +1 -2BaCl2 1 2 +2 -1Al(NO3)3 1 3 +3 -1

c) La condición de electroneutralidad implica que 0z zν ν+ + − −+ = .

Electrólito ν+z+ +ν-z- =0 NaCl 1(+1) +1(-1) =0AlPO4 1(+3) +1(-3) =0K2SO4 2(+1) +1(-2) =0BaCl2 1(+2) +2(-1) =0Al(NO3)3 1(+3) +3(-1) =0

d) La expresión para la molalidad iónica media es ( )1

m m νν νν ν++ −

− + −=

e) La expresión de la fuerza iónica es 212 i i

iI m z= ∑


2. De las disoluciones acuosas a diferentes concentraciones se tiene:

a) Coeficientes de actividad iónicos medios se determinan mediante la ley límite de Debye-Hückel (D-H)

( )1

2Log A z z Iγ +− + −= −

El ejemplo de respuesta se enfoca en un electrólito tipo 1-2 como el K2SO4 tenemos que:

La disociación de la especie es: 2

2 44 22

K SO K SOm m m

+ −→ + y la fuerza iónica

( )221 2 ( 1) 22

I m m= + + − adquiere el valor de 1 (2 4 ) 32

I m m m= + = .

A una concentración 1x10-3m, la ley límite de D –H, se representa como:

( )1

23º0,509 ( 1) 2 3 10 0,0558 0,880mLog x x x x mγ + −

− = − + − = − =


( )1

24º0,509 ( 1) 2 3 10 0,0176 0,960mLog x x x x mγ + −

− = − + − = − =


( )1

25º0,509 ( 1) 2 3 10 0,00558 0,987mLog x x x x mγ + −

− = − + − = − =

Por lo que el valor de γ +− tiene a la unidad a medida que disminuye la concentración del

electrólito.

b) Los parámetros tenderían a la unidad cuando la disolución tiende a infinito.


3. Los valores del coeficiente de actividad iónico medio y del grado de disociación para una solución de concentración 0,01m de HAc se determinan de la siguiente manera:

( )

( ) ( )( )( )

2 5

22

4 43

2 24 4 4

14 2

1,75 10. 0,04181 0,01

1.1

4,18 10 , 4,18 10

1 4,18 10 1 4,18 10 1 4,18 102

4,18 10log 0,509( 1) 1

1 4,18 10

aa o

aa

o

m K xI Km

m KII K x xm

H m x m y CH COO x m

I x m x m x

x

x

αα α

α

αγ α

α γ

α

γ

−

+− +

−

+ − − −

− − −

−+−

⎡ ⎤⎣ ⎦= = = = =−

⎡ ⎤⎣ ⎦= =−

⎡ ⎤ ⎡ ⎤= = =⎣ ⎦ ⎣ ⎦

= + + − =

= − + −+ ( )

14 2

5

0,0102

0,977

1 1 1,75 10 0,0280,977 0,01

0,028

aK xx xm

γ

αγ

α

−

+−

−

+−

⎛ ⎞⎜ ⎟ = −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

=

= = =

=

4. EL valor de Ka se determina utilizando la expresión 1

2log log 2Km Ka AI= + , por lo que

al graficar de 12log /Km v s I se obtiene el intercepto el valor de log Ka, y

finalmente el valor de Ka es de 1,822x10-4. 5. El grado de disociación α del Acido Acético en presencia KCl 0,1 m es de 0,0192.

Mientras que el grado de disociación del ácido en presencia de Ca(NO3)2 es de 0,0251. 6. La solubilidad de AgBr en presencia de una solución 0,001 m de KNO3 es de 0,0808 m.

Si utilizamos NaCl o HNO3 tendría el mismo efecto ya que ambas especies son electrólitos tipo 1-1.

7. La solubilidad de CaF2 en presencia de NaBr 0,1 m es de 4,45x10-4 m. Mientras que la solubilidad en presencia de una solución de CaCl2 0,1 m es de 1,11x10-5 m.



Celdas Electroquímicas.

1. a) Fe /Fe+2 //Cu+2 / Cu

2

2 0

2 0,440

2 0,337 Re

o o

o

Fe e Fe V Oxidacion Anodo

Cu e Cu V duccion Catodo

ε

ε

−+

−+

+ → = − →

+ → = →

c) Fe /Fe+2, H+ / Pt, H2

2

2

2 0, 440

2 2 0 Re

o o

o

Fe e Fe V Oxidacion Anodo

H e H V duccion Catodo

ε

ε

−+

−+

+ → = − →

+ → = →

2. El potencial de la celda:

2 0 0

2

2 0 0

2 0,140 Re

0,059 10,140 log2

0,059 10,140 log 0, 262 0,0001

2 0, 250,059 10, 25 log

2 1,3

D I catodo anodo

Catodo Sn e Sn V duccion

VSn

V VM

Anodo Ni e Ni V Oxidacion

VM

ε ε ε ε ε

ε

ε

ε

ε

ε

−+

+

−+

= − = −

= + → = −

⎛ ⎞⎜ ⎟= − −⎜ ⎟⎡ ⎤⎣ ⎦⎝ ⎠⎛ ⎞

= − − = −⎜ ⎟⎝ ⎠

= + → = −

⎛ ⎞= − − ⎜⎝ ⎠

( )

0,2466

0,26 0,2466 0,0118*2 *96500 * 0,0118 2277, 4 * 2277, 4 2277, 4

Celda Catodo Anodo

V

V V VJ VCG nF mol V C V Jmol V

ε ε ε

ε

= −⎟

= − = − − − = −

Δ = − = − − = = =

L

a reacción no es espontánea en esa dirección.

3. Los valores de energía libre y de potencial estandar a 298 son los siguientes 2 2

º º º º º, ,, ,

º

ºº

50800 / 21256 /

1,101

Rxn f Zn f Cuf Cu f Zn

Rxn

G G G G G

G cal mol J mol

G VnF

ε

+ +Δ = Δ + Δ − Δ − Δ

Δ = =

Δ= = −

La reacción no es espontánea en esta dirección.


4. La reacción presenta el siguiente valor de potencial: ( )0 0, 403 0, 403celda catodo anodo V Vε ε ε= − = − − = , por lo que la reacción es espontánea.

5. El potencial de la celda en el primer caso es: ( )0 0,153 0,763 0,916celda catodo anodo V V Vε ε ε= − = − − = Por lo que al ser el potencial

estandar positivo, el valor de ΔG es negativo y la reacción es espontánea.

Mientras que para el segundo caso el valor del potancial es : ( )2,37 0,763 1,607celda catodo anodo V V Vε ε ε= − = − − − = − . Al ser el potencial negativo

genera un ΔG positivo y la reacción no es espontánea.

6. Según la ecuación de Nerst:

[ ][ ] [ ]

2

302 2

2

0,059 logRSSR H O

n RSH H Oε ε

+⎛ ⎞⎡ ⎤⎣ ⎦⎜ ⎟= −⎜ ⎟⎝ ⎠

Si la concentración de H3O+ disminuye, que la disolución se torne más ácida, el valor del potencial debería aumentar y con eso la reacción debería ser más espontánea.

7. Los valores de ΔG, ΔH y ΔS son: a) A 273 K ΔG =-388,562 kJ; ΔS = 124,7 J/K; ΔH= -354,450 kJ

A 298 K ΔG =-391,9 kJ; ΔS = 135 J/K; ΔH= -352,8 kJ. b) La reacción global es:

2( ) 2 ( ) 4 ( ) ( ) 2 ( ) 4 ( )2 4 2 2s s ac ac l sPb PbO SO H H O PbSO− ++ + + → +

8. Los valores promedios son: ΔGo = 51,724 kJ; ΔSo = -61,76 J/K; ΔHo = -70,138 J.

9. La reacción total y la fem de la siguiente notación es:

a) Ag/Ag+( +−a =0.01) // Zn2+( +

−a =0.1)/Zn Electrodo metal ión del metal.

2 0

1 / 2

2

Ag Ag e Anodo

Zn e Zn Catodo

−+

−+

→ +

+ →

-------------------------------------

22 2Ag Zn Ag Zn+ ++ → + Luego la fem de esta pila está determinada mediante la ecuación de Nerst.

( )

( )2

2

2

0,059 log2

0,010,0590,763 0,799 log 1,4732 0,1

Ago

Zn

a

a

V V V

ε ε

ε

+

+

= −

⎛ ⎞= − − − = −⎜ ⎟

⎜ ⎟⎝ ⎠

La pila no es espontánea en esta dirección.


10. Para que la pila deje de funcionar se debe cumplir que el potencial es igual a cero. Por lo que la razón entre las actividades toma un valor de 1,45x1037.

11. El valor del Kps de la sal poco soluble es de 1,76x10-10.

12. La fem de la celda tiene un valor de 2,23V.

13. El valor de ε= 0,876 V.

14. El valor de γ± = 1.

15. La constante de equilibrio Keq tiene un valor de 4,3x1021.

16. El valor de ΔG=-23,739 J y Keq = 1,44x104.


PAUTA DE SOLEMNE ANTERIOR



Fenómenos de Superficie.

1. De acuerdo a los enunciados tenemos que: a) La superficie de una gota es de 1,8 cm2 b) Area total de partícula es de 1x106 cm2.

2. Con el vaporizador utilizado encontramos que.

a) ΔG del proceso es de 2,17x107 erg. b) La energía libre de Gibbs tiende a valores menos negativos a medida que se forman gotas de menor tamaño. c) Según los resultados, el proceso no es espontáneo.

3. El valor de γ= 54 dinas/cm. 4. ΔP = 5, 92x10-5 atm. 5. El valor de γ = 53 dinas/cm. 6. Para capilares con radios de 0,01 mm el valor de ΔP1 = 0,1421atm. Mientras que

los capilares con radios de 0,5 mm, el valor de ΔP2 = 2,85 x 10-3 atm. Por último, los capilares con radios de 0,01 mm generan un valor de ΔP1 de 1,42 x 10-3 atm.

7. La presión es de 0,036 atm. 8. Para el radio del capilar de 1mm= 0,1 cm el valor de h = 1,49 cm. Para el capilar

con radio de 0,5mm = 0,05 cm el valor de h= 2,97 cm. Mientras que el capilar de radio 0,01 mm= 0,001 cam genera un ascenso de 148,5 cm. Si el agua asciende 75 m significa que el capilar tiene un radio de 2x10-4 cm.

9. El descenso capilar del Hg es de h= -0,75 cm. 10. Los valores del area superficial:

Largo cadena A (Area/molecula)C8 3,47x10-25

C10 7,87x10-25 C12 1,11x10-24


11. a) Los solutos tipo II como es el caso del n-butanol son compuesto orgánicos con cierta solubilidad en agua. Estos compuestos presentan en su estructura una parte soluble en agua, el grupo OH, y una parte hidrofóbica, el segmento hidrocarbono. La grafica de γ V/s C2 muestra un descenso continuo y pronunciado al incrementar la concentracion del n-butanol. c) Considerando la actividad, la concentracion superficial de exceso, Γ2 = 3,25x10-10 mol/cm2, d) El área superficial es de 5,11x10-15 cm2/molecula.

12. La concentracion superficial de exceso, Γ2 = 8,7x10-12 mol/cm2. 13. Pα = 762,73 torr. 14. a) La longitud es de 25

O

A . b) El area es de 2,22x10-15 cm2/molécula.

15. a) A pH = 5, el A=4,51x10-17 m2/molécula. A pH = 4, el A=1,64x10-16 m2/molécula. 16. El Wcohesión para el hexano es de 49,6 dinas/cm. Mientras que el Wcohesión para el

agua es de 145,6 dinas/cm. El Wadhesión es de 90,8 dinas/cm.


GUIA DE EJERCICIOS # 5 COLOIDES

1. Según la gráfica de γ v/s Concentracion de SDS:

-2 0 2 4 6 8 10 12 1430

35

40

45

50

55

60

65

70

75

γ din

as/c

mSDS, mM

cmc

el valor de la cmc es de 7,8x10-3 M. El número de micelas es de 6,8x1020 micelas/L.

2. Se administraría 4,64x1017 moléculas de droga. 3. a) W = 2,11J 4. a) La cmc corresponde al cambio de pendiente en la grafica de solubilidad del

compuesto v/s Concentración del detergente. Antes de la cmc no existen micelas, por lo que la solubilidad del compuesto es baja. Después de la cmc se forman micelas, y el compuesto se solubiliza en el interor de las micelas incrementando su solubilidad. b) Al aumentar el largo de la cadena, disminuye el valor de la cmc y se incrementa el numero de agregacion de micelas en la disolución. Por lo que existen mayores cantidades de micelas aptas para solubilizar el compuesto. c) Existirían aproximadamente 2 moleculas del soluto por cada micela en la disolución.



CONDUCTIVIDAD

1. Λm = 127 cm2/Ωmol. 2. t- = 0,17; t+ =0,83. 3. t+ =0,49; t- =0,51. 4. Para el H+, la velocidad iónica es de v+ = 1,46x10-3 cm/s, y la movilidad μ+ =

3,64x10-3 cm2/ΩC. Para el Na+, la velocidad iónica es de v+ = 2,08x10-4 cm/s, y la movilidad μ+ =

5,2x10-4 cm2/ΩC. 5. El número de transporte del ión cloruro tCl- en las disoluciones:

tCl- (NaCl) = 0,6; tCl- (KCl) = 0,51; tCl- (NH4Cl) = 0,51; tCl- (CaCl2) = 0,56. En los diferentes electrólitos, el Cl- es el que transporta la mayor cantidad de corriente.

6. a) La constante de la celda, KCelda = 0,006 cm-1 b) La conductividad específica, κ = 5,81x10-3 Ω-1 cm-1

7. El valor de o

HBzΛ = 382,1 cm2/mol Ω. 8. Los valores son los siguientes:

a) C (mol/L)

x10-4 α

9,88 0,12719,76 0,09139,52 0,066

9. KpsBaSO4 = 1,34x10-10 10. El pH tiene un valor de 8,86.



POLIMEROS Y VISCOSIDAD.

1. 15000; 16700; 1,1Mn M w I− −

= = = . Mn se determina de forma experimental mediante técnicas relativas como SEC, cromatografía de exclusión de tamaño. Mientras que Mw se miden mediante tecnicas absolutas como dispersión de luz.

2. 5 5

5

) 4 10 ; 5 10

) 300300; 4 10

a Mn x M w x

b Mn M w x

− −

− −

= =

= =

3. El peso molecular es Peso molecular en número y se determina mediante la presión osmótica, que es una técnica absoluta que permite el cálculo utilizando las propiedades coligativas. Mn=287107 g/mol.

4. d) Mv = 641,8. 5. Los valores de las constantes son: K= 5,74x10-6 L/g y a=0,765.


RESPUESTA DE LA GUIA DE EJERCICIOS # 8

CINETICA QUIMICA 1. a) 3B→ 2D + G; b) A catalizador, se consume en el primer paso y se regenera en el último.

B es reactivo, C y F intermediarios, G y D productos. 2. [NO2] = 8,26x10-5M; [F2]= 5,54x10-3M. 3. a) 6.25% queda sin reaccionar

b) 14.3% queda sin reaccionar c) 0%. Se consume todo.

4. a) La constante de velocidad,k, es de 2,08x10-3s-1

b) El tiempo es de 138,3 segundos.

5. a) La constante de velocidad, k, es de 3,85x10-4s-1 b) La fracción de reaccionante es de 0,198.

6. a) Si A0 = 0,05M t1/2=29411 s b) Si A0 = 0,01M t½ =147059 s

9. a) t ½ = 11,13 hrs; b) 5,03x10-4 mol/dm3. 10. Representación gráfica de α v/s log t entregan los valores de n, por lo que es necesario

graficar y comparar. Donde n= 3/2. 11. a) Según el método de vida fraccionario, se grafica log tα v/s log [A]o. De la regresión lineal

se tiene que la pendiente = -0,44, por lo que n≈1,5. Por lo que el orden de la reacción es de 3/2.

12. Se calcula Ea y A gráficamente. Ea = 161,8 kJ/mol; A = 6,8 x 1010 dm3 mol-1 s-1. 13. La Ea=144,7 kJ/mol. 14. El factor es de 1,28. 16. Si comparamos los experimentos 1 y 2 se ve que la velocidad se duplica al doblar la

concentración de OCl-. Esto implica que α = 1. La comparación de 1 y 3 indica que β = 1 y la comparación de 1 y 4 indica que γ = -1.

1

4 2

1

1,75 10 (0,0017)69,6

OCl Iv k

OH

x kk s

− −

−

−

−

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦=⎡ ⎤⎣ ⎦

=

=

17. La Ea=-52 kcal/mol. 18. La Vm es de 1,210-6 M/s; y km es de 4,67x10-4M.


PAUTA EXAMEN

guia ejercicios qui230

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fsica y

en lquido y

mezcla lquida y en

los vapores y

presiones parciales

y conductividad elctrica

las presiones

micelas y determinacin