Este documento presenta información sobre el equilibrio físico de gases disueltos en líquidos. Explica las leyes de Henry y de distribución de Nernst, las cuales establecen que la solubilidad de un gas es directamente proporcional a la presión del gas y que la relación de concentraciones de un soluto entre dos solventes es constante, respectivamente. También cubre factores que afectan la solubilidad como la temperatura, presión y reacciones químicas, así como aplicaciones como la extracción y análisis químico.
Tópicos esenciales para comprender el uso del triangulo de Gibbs para equilibrio con componentes parcialmente miscibles. Se estructuro de forma sistemática, es decir, se inician con temáticas de miscibilidad de líquidos, regla de las fases de gibbs, lagunas de inmiscibilidad, equilibrio líquido-líquido en sistemas ternarios, triangulo de gibbs, tipos de triángulos de gibbs, métodos de determinación de concentraciones a partir del triángulo y elaboración del mismo.
Se comparte una presentación referente al uso y aplicación del triángulo de Gibbs para la representación gráfica de sistemas ternarios de líquidos inmiscibles. Se abordan temáticas como miscibilidad, regla de las fases, lagunas de inmiscibilidad, equilibrio liquido-liquido y trángulo de Gibbs.
Tópicos esenciales para comprender el uso del triangulo de Gibbs para equilibrio con componentes parcialmente miscibles. Se estructuro de forma sistemática, es decir, se inician con temáticas de miscibilidad de líquidos, regla de las fases de gibbs, lagunas de inmiscibilidad, equilibrio líquido-líquido en sistemas ternarios, triangulo de gibbs, tipos de triángulos de gibbs, métodos de determinación de concentraciones a partir del triángulo y elaboración del mismo.
Se comparte una presentación referente al uso y aplicación del triángulo de Gibbs para la representación gráfica de sistemas ternarios de líquidos inmiscibles. Se abordan temáticas como miscibilidad, regla de las fases, lagunas de inmiscibilidad, equilibrio liquido-liquido y trángulo de Gibbs.
Se comparte una breve presentación de apoyo para la correcta explicación del uso de los diagramas triangulares (Triángulo de Gibbs).
Sacale provecho...
Tabla Conductancias Equivalentes a Dilución Infinitaadriandsierraf
Documento con experimentos de laboratorio y trabajos prácticos conductimétricos, donde se reportan tablas con conductividades equivalentes de diversos electrolitos en soluciones diluidas y a dilución infinita. Universidad Tecnológica Nacional, Neuquen, Argentina.
Termoquímica nivel bachillerato.
Principales conceptos y ejercicios resueltos
- Principios de la termodinámica
- Ejercicios resueltos
- Entalpías y Energías de reacción
- Espontaneidad de las reacciones químicas
- Entropía
Se comparte una breve presentación de apoyo para la correcta explicación del uso de los diagramas triangulares (Triángulo de Gibbs).
Sacale provecho...
Tabla Conductancias Equivalentes a Dilución Infinitaadriandsierraf
Documento con experimentos de laboratorio y trabajos prácticos conductimétricos, donde se reportan tablas con conductividades equivalentes de diversos electrolitos en soluciones diluidas y a dilución infinita. Universidad Tecnológica Nacional, Neuquen, Argentina.
Termoquímica nivel bachillerato.
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Las sustancias puras son aquellas que tienen una composición química fija y definida, o sea, que no varía sin importar las condiciones físicas en que dicha sustancia se encuentre
Catálisis
BIBLIOGRAFÍA
Fogler, H. S. (2008). Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas (Cuarta ed.). México: Pearson Educación .
Levenspiel, O. (1978). Ingeniería de las Reacciones Químicas (Segunda ed.). Barcelona, España: Reverté.
Levine, I. N. (1988). Fisicoquímica (Primera ed.). México: McGraw Hill.
Perry, R. H. (1997). Perry's Chemical Engineers HandBook (Seventh ed.). United States of America: McGraw Hill.
la viscosidad
*Diapositiva 2:
La viscosidad es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir. Cuanto más viscoso es un líquido, más lento es su flujo. La viscosidad de un líquido suele disminuir con el aumento en la temperatura, por esta razón la melaza caliente fluye más rápido que cuando está fría.
Los líquidos con fuerzas intermoleculares fuertes son más viscosos que los que tienen fuerzas intermoleculares débiles. El agua tiene mayor viscosidad que muchos otros Líquidos por su capacidad para formar enlaces de hidrógeno.
Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega .
Se conoce también otra viscosidad, denominada viscosidad cinemática, y se representa por . Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido .
*Diapositiva 3:
Las unidades de medida de esta magnitud en SI son:
Viscosidad dinámica: el pascal segundo (símbolo Pa·s)
Viscosidad cinemática: el metro cuadrado por segundo (símbolo m2/s)
Nota:
Además de la viscosidad dinámica también se encuentra la cinemática la cual depende de la masa del liquido, desechando las fuerzas que generan el movimiento. Es decir, basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido y se obtiene una unidad simple de movimiento: cm2/seg (stoke), sin importar sus características propias de densidad.
*Diapositiva 4:
ALGUNAS CARACTERÍSTICAS ESPECIFICAS:
La viscosidad es medida con un viscosímetro que muestra la fuerza con la cual una capa de fluido al moverse arrastra las capas contiguas.
Los fluidos más viscosos se desplazan con mayor lentitud. El calor hace disminuir la viscosidad de un fluido, lo que lo hace desplazarse con más rapidez.
Cuanto más viscoso sea el fluido más resistencia opondrá a su deformación.
Los materiales viscosos tienen la característica de ser pegajosos, como los aceites o la miel. Si se vuelcan, no se derraman fácilmente, sino que se pegotean. Lo contrario ocurre con el agua, que tiene poca viscosidad. La sangre también posee poca viscosidad, pero más que el agua.
La unidad de viscosidad es el Poise.
Si bien en los diccionarios aparece como sinónimo de denso, hay materiales como el mercurio, que son densos pero no viscosos.
Los fluidos no viscosos se denominan ideales, pues todos los flujos algo de viscosidad tienen. Los fluidos con menor viscosidad (casi ideal) son los gases.
*Diapositiva 5:
Ejemplos de viscosidad
Glicerol
Miel
Cajeta
Aceites
Pintura de uñas
Gel
*Diapositiva 6:
Importancia de la viscosidad
La viscosidad es la propiedad más importante de los fluidos, y por tanto esta requiere la mayor consideración en el estudio del flujo de fluidos.
La viscosidad en de gran importancia en el área de flujo de fluidos que es una rama de la ingeniería, nos dice la resistencia que presentara un fluido a ser trasportado de un ponto a otro
Procesos Reversibles e irreversibles. Termodinámicacecymedinagcia
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
La segunda ley de la termodinámica establece que ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia de 100 por ciento. Entonces cabe preguntar, ¿cuál
es la eficiencia más alta que pudiera tener una máquina térmica? Antes de contestarla es necesario definir primero un proceso idealizado, llamado proceso
reversible. Los procesos que se estudiaron al comienzo de este capítulo ocurrieron en cierta dirección, y una vez ocurridos, no se pueden revertir por sí mismos de
forma espontánea y restablecer el sistema a su estado inicial. Por esta razón se clasifican como procesos irreversibles. Una vez que se enfría una taza de café, no se calentará al recuperar de los alrededores el calor que perdió. Si eso
fuera posible, tanto los alrededores como el sistema (café) volverían a su condición original, y esto sería un proceso reversible. Un proceso reversible se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores. Es decir, tanto el sistema
como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso. Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajo netos entre el sistema y los alrededores es cero para el proceso combinado (original e inverso). Los procesos que no son reversibles se denominan procesos irreversibles. Se debe señalar que es posible volver un sistema a su estado original siguiendo un proceso, sin importar si éste es reversible o irreversible. Pero
para procesos reversibles, esta restauración se hace sin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientras que para procesos irreversibles los alrededores normalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lo tanto no vuelven a su estado original. Los procesos reversibles en realidad no ocurren en la naturaleza, sólo son
idealizaciones de procesos reales. Los reversibles se pueden aproximar mediante
dispositivos reales, pero nunca se pueden lograr; es decir, todos los procesos que ocurren en la naturaleza son irreversibles. Entonces, quizá se pregunte por
qué preocuparse de esta clase de procesos ficticios. Hay dos razones: una es que son fáciles de analizar, puesto que un sistema pasa por una serie de estados
de equilibrio durante un proceso reversible; y otra es que sirven como modelos idealizados con los que es posible comparar los procesos reales. En la vida diaria, el concepto de una “persona correcta” es también una
idealización, tal como el concepto de un proceso reversible (perfecto). Quienes insisten en hallar a esa persona correcta para establecerse están condenados a
permanecer solos el resto de sus vidas. La posibilidad de hallar la pareja ideal no es mayor que la de hallar un proceso perfecto (reversible). Del mismo modo,
una persona que insiste en tener amigos perfectos seguramente no tiene amigos. Los ingenieros están interesados en procesos reversibles porque los dispositivos que producen trabajo, como motores de auto
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Solubidad y Ley de Nerns
1. Unidad 3-° Equilibrio Físico
NOMBRE DE LOS INTEGRANTES:
Arredondo Navarro Kathia Del Rocío
López Carlón Baltazar
Medina García Cecilia Saraí
Peñuelas Lugo Narda Azucena
Vázquez Sarabia Itzel Carolina
FACILITADOR:
I.Q. RODOLFO GÁMEZ AGUILAR
Los Mochis, Sinaloa; a 11 de Noviembre de 2015
2. Los gases se disuelven en los líquidos para formar
soluciones verdaderas. El grado de solubilidad depende
de la naturaleza del gas y del solvente, la presión y la
temperatura.
La gran solubilidad del cloruro de
hidrógeno y el amoniaco se explica
por la reacción química de estos
gases con el solvente para formar
ácido clorhídrico e hidróxido de
amonio respectivamente.
la semejanza entre el soluto y el solvente conduce a una
solubilidad más alta, como lo evidencia el hecho de que
los vapores de hidrocarburo se disuelven más fácilmente
en hidrocarburos y otros solventes orgánicos que en el
agua.
El efecto de la presión en la solubilidad de un gas dado,
en un líquido particular, a temperatura constante, se puede
obtener fácilmente invirtiendo el proceso; en efecto,
consideremos el gas como un soluto que vaporiza hasta
establecer una presión de vapor sobre la solución. En
estas condiciones se aplica esta ecuación.
𝑓2(𝑔)
𝑎2
= 𝐾
𝑃2
𝑁2
𝑃2
𝑁2
= 𝐾
3. Ley de Henry establece que a temperatura constante la solubilidad
de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión
del gas sobre el líquido.
𝑁2 = 𝐾′𝑃2
El factor de proporcionalidad K' se llama constante
de la ley de Henry. Su magnitud depende de la
naturaleza del gas y el solvente, temperatura y
unidades en que se expresa P2
Donde:
𝑁2: es la concentración.
𝑃2: es la presión parcial de cada gas.
La validez de la ley de Henry se ilustra
en la siguiente tabla relativos a la
solubilidad del oxígeno en agua a 25°C.
Si la ley es válida, K' debe ser una
constante independiente de la presión.
Esto es lo que sucede, como se observa
en la columna 3 de la tabla.
4. Cuando el amoníaco se disuelve en el agua, parte del gas disuelto reacciona formando
hidróxido de amonio, que a su vez se disocia parcialmente en 𝑁𝐻4
+
+ 𝑂𝐻−
.
La estricta aplicación de la ley de Henry se limita a las presiones
bajas. A presiones elevadas la ley es menos exacta, y las
constantes de proporcionalidad presentan una variación
considerable. Generalmente, cuanto mayor es la temperatura y
menor la presión, más exactamente se cumple. Además la ley
establecida antes no es aplicable cuando los gases disueltos
reaccionan con el solvente, o bien se ionizan.
Cuando la ionización es
completa, la ley no se
cumple de ninguna
manera.
Las desviaciones en el caso de reacción química y de disociación parcial se comprenden y corrigen
fácilmente si tenemos en cuenta que la ley de Henry es aplicable a la concentración en solución de las
mismas especies moleculares, como existen en la fase de gas y no a la concentración total en solución.
Las reacciones que nos ocupan
son las siguientes:
𝑁𝐻3 𝑔𝑎𝑠 = 𝑁𝐻3 𝑑𝑖𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜
𝑁𝐻3 𝑑𝑖𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜 + 𝐻2 𝑂 = 𝑁𝐻4 𝑂𝐻
𝑁𝐻4 𝑂𝐻 = 𝑁𝐻4
+
+ 𝑂𝐻−
Donde:
𝑁 𝑁𝐻3
: es la fracción molar del
amoníaco presente en la solución como
𝑁𝐻3
Teniendo en cuenta las
limitaciones anteriores,
para que la ley de Henry
resulte aplicable a la
solución del amoníaco en
agua, no podremos
establecer que
𝑁𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑃 𝑁𝐻3
= 𝐾′
𝑠𝑖𝑛𝑜
𝑁 𝑁𝐻3
𝑃 𝑁𝐻3
= 𝐾′
5. La disminución de solubilidad a temperaturas más elevadas los líquidos que
contienen muchos tipos de gases disueltos pueden purgarse de ellos por
ebullición. No siempre sucede así. Algunos gases son más solubles a
temperatura alta que a baja, de aquí que no se eliminen por calentamiento. En
efecto, las soluciones diluidas del cloruro de hidrógeno en agua se concentran
por ebullición hasta que alcanzan una concentración del 20 por ciento de
aquel gas.
6. El yodo es soluble en agua y en tetracloruro de
carbono(CCl4). Cuando una solución de yodo en agua se
agita con tetracloruro de carbono que es inmiscible con
agua, se encuentra que el yodo se distribuye entre la capas
de agua y tetracloruro de carbono de manera que en
equilibrio la relación de concentraciones del yodo en dichas
capas es constante a cualquier temperatura dada
Esta conducta es una
consecuencia de los
requisitos termodinámicos de
equilibrio..
Consideremos un par de solventes en contacto, A y B que contienen la misma sustancia en
solución. La energía libre molar parcial del soluto en el liquido A, F̅ A, se representa de la
siguiente forma:
F̅ A = F̅ °A + RT ln aA
Donde: F̅ °A = energia libre estandar
aA = actividad del soluto en el solvente A
7. De la misma manera, la energía libre molar parcial del soluto en el liquido B, F̅B, se
representa de la siguiente forma:
F̅ B = F̅ °B + RT ln aB
Donde: F̅ °B = energia libre estandar
aB = actividad del soluto en el solvente B
Para el equilibrio entre las capas debemos tener:
F̅A = F̅ B
F̅°A + RT ln aA = F̅ °B + RT ln aB
ln
aB
aA
=
F̅°A−F̅°B
RT
Sin embargo a una termperatura dada, F̅ °A y F̅ °B
son constantes para un sustancia en un solvente
particular,por lo tanto:
ln
aB
aA
= 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
aB
aA
= 𝐾
8. aB
aA
= 𝐾
Cuando las soluciones diluidas o el soluto se comportan idealmente, la actividad es
prácticamente igual ala concentración C, y la ecuación se reduce a:
K=
CB
CA
La constante K se llama coeficiente de distribución o de reparto
Constituye la formulación matemática de la Ley de la Distribución de Nernst, que
establece que una sustancia se distribuye entre dos solventes hasta que en el
equilibrio se alcanza una relación constante de las actividades de la sustancia en las
dos capas, para una temperatura establecida.
9. Tabla 8-5. Coeficientes de distribución a 25ºC
𝑪 [=] 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔/𝒍𝒊𝒕𝒓𝒐
I2 entre el H2O y el CCl4
H3BO3 entre el agua y el alcohol
amílico
𝑪 𝑯 𝟐 𝑶 𝑪 𝑪𝑪𝒍 𝟒 𝑲 =
𝑪 𝑯 𝟐 𝑶
𝑪 𝑪𝑪𝒍 𝟒
𝑪 𝑯 𝟐 𝑶 𝑪 𝑨 𝑲 =
𝑪 𝑯 𝟐 𝑶
𝑪 𝑨
0.000322 0.02745 0.0117 0.02602 0.00805 3.24
0.000503 0.0429 0.0117 0.05104 0.01545 3.31
0.000763 0.0654 0.0117 0.1808 0.0540 3.35
0.00115 0.1010 0.0114 0.3012 0.0857 3.52
0.00134 0.1196 0.0112
Constancia de K
Concentraciones
bajas
𝐾 =
𝐶 𝐵
𝐶𝐴
• Es válida
NOTA: A partir de estos datos, deben utilizar las
actividades en vez de las concentraciones para
obtener una constante verdadera por coeficiente
de reparto en soluciones más concentradas.
NOTA: Ahora deben utilizar las
actividades en vez de las
concentraciones para obtener una
constante verdadera por coeficiente
de reparto en soluciones más
concentradas.
10. K depende de la naturaleza del soluto y de los líquidos comprendidos
Considerando como algunos factores que modifican la magnitud de esta
constante son:
𝐶 𝐴
𝐶 𝐵
𝑜
𝐶 𝐵
𝐶 𝐴
Temperatura
Otros ejemplos de distribución dignos de
citarse son:
Yodo en agua y disulfuro de carbono
Yodo en agua y bromoformo
Peróxido de hidrógeno en agua y diversos
solventes orgánicos
Fenol en agua y alcohol amílico.
11. • Un soluto se
asocia en
moléculas más
complejas
Asociación
• El soluto se
disocia en iones o
moléculas más
simples
Disociación
Walter Nernst destacó:
El enunciado anterior de la ley de distribución es válido para solutos sin
cambios:
Las limitaciones de aplicación de esta ley se señalaron relacionadas con la de
Henry relativa a gases que forman especies moleculares o iónicas nuevas en
solución.
No se aplica la ley a las
concentraciones totales de
las dos fases, sino
únicamente a las
concentraciones de la
especie particular común
de ambas.
12. Tabla 8-6. Distribución del ácido benzoico entre el
agua y el cloroformo 𝑪 =
𝑴𝒐𝒍𝒆𝒔
´𝑳𝒊𝒕𝒓𝒐
𝑪 𝑨 𝑪 𝑪
𝑪 𝑨
𝑪 𝑪
𝑪 𝑨 𝟏
𝑪 𝑪 𝟏 𝑲 =
𝑪 𝑨 𝟏
𝑪 𝑪 𝟏
0.00211 0.00721 0.292 0.00178 0.00404 0.441
0.00268 0.01084 0.247 0.00231 0.00523 0.442
0.00353 0.01686 0.210 0.00310 0.00701 0.442
0.00725 0.05700 0.127 0.00662 0.01497 0.442
0.01272 0.16733 0.076 0.01188 0.02687 0.442
Columna 1: concentración total de ácido benzoico en la capa de agua
Columna 2:concentración total de ácido benzoico pero en la capa de cloroformo
Columna 3: relación entre las concentraciones de la columna 1 y 2.
“NO existe ninguna analogía en la relación de las concentraciones totales del
ácido benzoico en los dos solventes.”
Columna 4 y 5:
concentraciones de
las moléculas
simples
Columna 6: valor
constante K
13. Aplicación en otros sistemas:
La distribución del ácido benzoico en el agua y el benceno
El ácido salicílico entre el agua y benceno o cloroformo
Y el ácido acético entre el agua y algunos disolventes
orgánicos
Los coeficientes de
distribución, lo mismo
que otras constantes de
equilibrio, varían con la
temperatura.
La extracción
Análisis
Determinación de las constantes de equilibrio.
La variación de estas
constantes esta dada por:
Donde ∆H es ahora la transferencia de calor
por mol de soluto desde una solución a la otra.
Define al coeficiente de temperatura de Ka
en función del calor de reacción ∆H° y T
14. ▪ Supongamos que una solución contiene W g de una sustancia en V1 de
solución, y que se agita repetidamente con V2 de un solvente puro
inmiscible hasta lograr el equilibrio. Después de n extracciones el peso
Wn, del soluto que permanece sin extraer, será
▪ Y por esa razón el extraído es:
1
….… 2
Donde K = C1/C2 Cuando se conoce K, es posible
utilizar la ecuación (1) para estimar el número de
extracciones necesarias para reducir W, hasta un valor
dado, Wn.
Si disponemos de un cierto volumen de solvente, se
obtiene mayor eficiencia en la extracción si lo emplea
en cierto número de extracciones separadas, en lugar
de usarlo todo de una vez.
La eficiencia de extracción máxima se logra
manteniendo valores pequeños de V2 y grandes de n
Soluto