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Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
UNIDAD AZCAPOTZALCO
ALUMNO: DANIEL OROZCO SALVADOR
GRUPO:2RV1
LIQUIDOS Y TERMOQUÌMICA
CARRERA: INGENIERIA EN ROBOTICA INDUSTRIAL
MATERIA: QUIMICA APLICADA
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líquidos y termoquímica, Guías, Proyectos, Investigaciones de Química Aplicada
muestra una investigación acerca de lo que son los líquidos y la termoquímica
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2020/2021
1 / 19
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Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
UNIDAD AZCAPOTZALCO
ALUMNO: DANIEL OROZCO SALVADOR
GRUPO: 2 RV
LIQUIDOS Y TERMOQUÌMICA
CARRERA: INGENIERIA EN ROBOTICA INDUSTRIAL
MATERIA: QUIMICA APLICADA
INDICE
PROCESO ISOBARICO …………………………………. 3
PROCESO ISOCORICO………………………………….. 4
PROCESO ISOTERMICO………………………………… 5
PROCESO ADIABATICO…………………………………. 6
TERMOQUIMICA
PREGUNTAS ……………………………………………… 7
EJERCICIOS……………………………………………….. 10
LIQUIDOS
PREGUNTAS ……………………………………………… 14
EJERCICIOS……………………………………………….. 17
pagina
- m la masa de la sustancia
- c p el calor específico de la sustancia a presión constante
- k es una razón igual al cociente del calor específico a presión y
volumen constantes, respectivamente
De la primera ecuación podemos observar que si el sistema se expande
(ΔV es positivo), entonces el sistema hace un trabajo positi vo. Por el
contrario, si el incremento de volumen es negativo, el sistema se contrae
y el trabajo es negativo.
Proceso isocórico
Un proceso isocórico es todo proceso de carácter termodinámico en el cual
el volumen permanece constante. Estos procesos con frecuencia también reciben
el nombre de isométricos o isovolumétricos. En general, un proceso termodinámico
puede ocurrir a presión constante y entonces se denomina isobárico.
Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es
un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ∆𝑉 = 0.
Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que este se
define como:
Ecuación:
n= Numero de moles (mol)
𝛾
= Calor especifico a Volumen constante (
𝐽
𝑚𝑜𝑙
∆𝑇= Temperatura (Kº)
∆𝑢=Energía interna (J)
EJEMPLO
Dado un gas (ideal) encerrado en un cilindro provisto de un pistón, indique si los
siguientes casos son ejemplos de procesos isocóricos.
- Se realiza un trabajo de 500 J sobre el gas.
En este caso no sería un proceso isocórico porque para realizar un trabajo sobre el
gas es necesario comprimirlo, y por tanto, alterar su volumen.
- El gas se expande desplazando horizontalmente el pistón.
Nuevamente no sería un proceso isocórico, dado que la expansión del gas implica
una variación de su volumen.
- Se fija el pistón del cilindro para que no se pueda desplazar y se enfría el gas.
En esta ocasión sí que se trataría de un proceso isocórico, puesto que no se daría
una variación de volumen.
Proceso isotérmico
Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio reversible en
un sistema termodinámico, siendo en dicho cambio la temperatura constante en
todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal puede llevarse a cabo
colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy
grande y a la misma temperatura que el gas. Este otro sistema se conoce como foco
calórico. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el
gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal solo
depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma,
el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W. Una curva
isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de
las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un
gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas
equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.
Ecuación:
W = n ∗ R ∗ T ∗ Ln(
V
1
V
2
EJEMPLO
Al colocar un recipiente con agua en el congelador para obtener hielo, este proceso
se ve presente específicamente en el cambio de fase, al pasar de líquido ha solido
la temperatura permanece constante a 0 grados Celsius, pero cambia su volumen
La maquina de Carnot, parte del ciclo de Carnot se realiza la temperatura
permanece constante
Proceso adiabático
Un proceso adiabático es aquel en que el sistema no pierde ni gana calor. La
primera ley de Termodinámica con Q=0 muestra que todos los cambios en la
energía interna están en forma de trabajo realizado. Esto pone una limitación al
proceso del motor térmico que le lleva a la condición adiabática mostrada abajo.
Esta condición se puede usar para derivar expresiones del trabajo realizado durante
un proceso adiabático.
La relación entre los calores específicos γ = CP/CV, es un factor en la determinación
de la velocidad del sonido en un gas y otros procesos adiabáticos, así como esta
aplicación a los motores térmicos. Esta proporción γ = 1,66 para un gas
monoatómico ideal y γ = 1,4 para el aire, el cual es predominantemente un gas
diatómico
TERMOQUIMICA
PREGUNTAS
6.1 Defina y proporcione un ejemplo de cada uno de los siguientes términos:
Energía térmica: R: La energía térmica o energía calorífica es la parte de la energía
interna de un sistema termodinámico en equilibrio que se proporciona a
su temperatura absoluta y se incrementa o disminuye por transferencia de energía,
generalmente en forma de calor o trabajo, en procesos termodinámicos.
Energía química: R: Es la energía potencial que tiene una sustancia en sus enlaces
químicos.
Energía potencial: R: Es la energía mecánica asociada a la localización de un
cuerpo dentro de un campo de fuerza (gravitatoria, electrostática, etc.) o a la
existencia de un campo de fuerza en el interior de un cuerpo (energía elástica).
Energía cinética: R: La energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee
debido a su movimiento relativo.
Ley de la conservación de la energía: R: La ley de la conservación de la energía
afirma que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, por ejemplo,
cuando la energía eléctrica se transforma en energía térmica en un calefactor.
6.3 un camión viaja a 60 kilómetros por hora se detiene por completo ante una señal
de tránsito. ¿Este cambio en la velocidad viola la ley de la conservación de la
energía?
R: No, la energía cinética no ha desaparecido, solo se ha transformado. Los frenos
han transformado esta forma de energía principalmente en calor y ruido
6.4 Describa la conversión de energía que ocurre en los siguientes procesos:
a) Lanzar una pelota al aire y atraparla. R: La energía solo se concentra al momento
de lanzar la pelota
B) Encender una linterna. R: La energía solo se conserva hasta que se agoten las
baterías
C) Subir una montaña y bajarla esquiando. R: La energía se acumularía al subir la
montaña y bajarla a una alta velocidad a cierta distancia la liberaría
d) Encender un cerillo y dejarlo quemarse R: La energía que despide el cerillo solo
funcionaria hasta que este se apague
6.5 ¿Qué es calor?
R: Energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y procede de la
transformación de otras energías
¿Cuál es la diferencia entre calor y energía térmica?
R: La cantidad de energía térmica que un cuerpo pierde o gana en contacto con
otro a diferente temperatura recibe el nombre de calor. El calor constituye, por tanto,
una medida de la energía térmica puesta en juego en los fenómenos caloríficos.
¿En qué condiciones se transfiere el calor de un sistema a otro?
R: La transferencia de calor se produce siempre que existe un gradiente térmico o
cuando dos sistemas con diferentes temperaturas se ponen en contacto.
6.6 Explique los siguientes términos:
Termoquímica R: Parte de la química que estudia las cantidades de calor que
acompañan a las reacciones químicas.
Sistema R: Es la parte del universo que es de interés.
Alrededores R: Es el resto del universo externo al sistema.
sistema abierto R: Puede intercambiar masa y energía, generalmente en forma de
calor con los alrededores
Sistema cerrado R: Permite la transferencia de energía pero no de masa con los
alrededores
Sistema aislado R: No permite la transferencia de energía ni de masa con los
alrededores
Proceso exotérmico R: proceso o reacción que libera energía del sistema a su
entorno, generalmente en forma de calor , pero también en forma de luz (por
ejemplo, una chispa, llama o destello), electricidad (por ejemplo, una batería),
o sonido (p. ej., explosión escuchada al quemar hidrógeno).
Proceso endotérmico R: es cualquier proceso con un aumento en
la entalpía H (o energía interna U) del sistema.
6.7 La estequiometria se basa en la ley de la conservación de la masa ¿en cuál ley
se basa la termoquímica?
R: Ley de Hess
6.14 Considere dos metales A y B cada uno con una masade 100 g y ambos a una
temperatura inicial de 20°C. En las mismas condiciones de calentamiento, ¿Cuál
metal requiere mas tiempo para alcanzar una temperatura de 21°C?
R: El metal B va a alcanzar la temperatura primero ya que necesita menos calor
para aumentar un grado ya que su calor especifico es menor
6.16 En una medición calorimétrica, ¿Por qué es importante conocer la capacidad
calorífica del calorímetro?
R: El calorímetro sirve para medir el desprendimiento de calores de reacción y calores de
combustión, mediante los cambios de temperatura. Por eso es importante conocer la
capacidad calorífica de un calorímetro, ya que este será el calor que el mismo pierde o gana
con el exterior,
PROBLEMAS
6.17 Un trozo de plata con una masa de 362 g tiene una capacidad calorífica de
85.7 J/°C. ¿Cuál es el calor especifico de la plata?
Vamos a hacer primero convertir las unidades, si:
1 cal -------------- 4,2 J
x ------------------ 85,7 J/ºC
x=20.40 cal/°C
C=20.40 cal/°C
c=C(cal/°C)/m(g) --> c=20.40 cal/°C / 362 g
c=0.056 cal/g°C
6.18 Un trozo de 6.22 kg de cobre metálico se calienta desde 20.5°C hasta 324.3°C.
Calcule el calor absorbido (en kJ) por el metal
m = 6.22 kg = 6,220 g
to= 20.5°Ctf = 324.3 °C
sCu = 0.385 J/g*°C = 727,509.86 J
= 727.50 kJ
6.19 Calcule la cantidad de calor liberado (en kJ) por 366 gg de mercurio cuando se
enfría desde 77.0°C hasta 12.0°C
m = 366 g
to= 77°C
tf = 12 °C
sHg = 0.139 J/g*°C = - 3,306.81 J
= - 330 kJ
6.22 Una muestra de 2. 00 𝑋 10
2
mL de HCI 0.862 M se mezcla con 2. 00 𝑋 10
2
mL de
2
0.431 M en un calorímetro a presión constante que tiene una capacidad
calorífica de 453 J/°C. La temperatura inicial de las disoluciones de HCI y 𝐵𝑎(𝑂𝐻) 2
es la misma, 20.48°C. Para el proceso
−
2
El calor de neutralización es - 56.2kJ. ¿Cuál es la temperatura final de la disolución
mezclada?
6.29 ¿Cuál de los siguientes valores de entalpia estándar de formación es diferente
de cero a 25°C? Na(s), Ne(g), C𝐻 4
(g), 𝑆
8
(s), Hg(l), H(g)
R: Los valores de entalpia de los compuestos aquí mencionados a 25°C y 1atm son:
Metano CH₄ (g)= - 74kJ/mol
Hidrogeno H (g) = - 285.8 kJ/kg
Todas las otras opciones son elementos en su forma más estable, es decir
ΔhF = 0
6.30 los valores de ∆𝐻
𝑓
0
de los dos alótropos del oxígeno, 𝑂
2
y 𝑂
3
son 0 y
142.2kJ/mol, respectivamente, a 25°C. ¿Cuál es la forma mas estable a esta
temperatura?
6.37 Calcule el calor de combustión para cada una de las siguientes tres reacciones,
a partir de las entalpias estándar de formación que se encuentran en el apéndice 3:
R: a) C
2
(g) + 3O
2
(g) → 2 CO
2
(g) + 2 H
2
O(l)
∆H
f
0
= [ 2 ∆H
f
0
CO
2
+ 2 ∆H
f
0
H
2
O
] − [∆H
f
0
C
2
H
4
+ 3 ∆H
f
0
O
2
]
∆H
o
= [
kJ
mol
kJ
mol
)] − [
kJ
mol
) + ( 3 )( 0 )]
∆H
o
kJ
mol
w = −
1 .00atm
10 .3L
101 .3J
1atm
∗ L)
= − 1. 04 x1 0
3
6.62 Calcule el trabajo realizado, en Joules, cuando se evapora 1.0 mol de agua a
1.0 atm y 100°C. Suponga que el volumen del agua liquida es despreciable
comparado con el volumen del vapor a 100°C. Infiera un comportamiento de gas
ideal
R:
𝐻 2
𝑂
1 𝑚𝑜𝑙∗ 0. 0821
𝑎𝑡𝑚𝐿
𝐾𝑚𝑜𝑙
∗ 372 𝐾
- 0 𝑎𝑡𝑚
)= 31L
∆V = 31L − 0L = 31L
w = −( 1 .00atm) ∗ (31L) ∗ (
101 .3J
1atm
∗ L)
= − 3. 1 x1 0
3
6.74 Se coloca una muestra de 44.0 g de un metal desconocido, a 99.0°C, en un
calorímetro a presión constante que contiene 80.0 g de agua a 24.0°C. Se encontró
que la temperatura final del sistema fue de 28.4°C. Calcule el calor especifico del
metal. (La capacidad calorífica del calorímetro es 12.4J/°C.)
R:
𝑝
[( 12. 4
J
ºC
) + ( 80 g)( 4. 184
J
ºCg
)( 28. 48 º𝐶]
(44g)( 28 .48ºC − 99ºC)
J
ºC
𝑝
gºC
6.85 Calcule el trabajo realizado en Joules cuando se congela 1.0 mol de agua a
0°C y 1.0 atm. Los volúmenes de agua y de hielo son 0.0180L y 0.0196L,
respectivamente
R:
W = −P∆V
W = ( 101. 3
J
L
W = ( 101. 3
J
L
W = 0. 16208 J
LIQUIDOS
PREGUNTAS
11.1 Proponga un ejemplo de cada tipo de fuerzas intermoleculares.
A) interacción dipolo-dipolo R: El enlace de hidrógeno es un tipo especial de
interacción dipolo-dipolo.
c)Interacción ion-dipolo R: El NaCl se disuelve en agua por la atracción que existe
entre los iones Na+ y Cl- y los correspondientes polos con carga opuesta de la
molécula de agua.
d) fuerzas de dispersión R: Las moléculas de N2, H2, CO2, F2, Cl2 y todos los gases
nobles, interactúan mediante estas fuerzas, ya que presentan distribución
electrostática homogénea, la cual puede sufrir dipolos instantáneos y dar lugar a
polarizaciones.
e)Fuerzas de van der Waals R: Al condensar los gases nobles como el argón o el
criptón, las fuerzas que mantienen unidos a los átomos son fuerzas de dispersión
de London.
11.5 ¿Qué propiedades físicas se deberían considerar al comparar la
intensidad de las fuerzas intermoleculares en los sólidos y líquidos?
R: Densidad, volumen, viscosidad
11.6 ¿Cuáles elementos pueden participar en los enlaces de hidrogeno?
R: Los elementos que pueden participar en los enlaces de hidrógeno son: flúor,
oxígeno o nitrógeno
¿Por qué el hidrogeno es único en este tipo de interacción? R: El enlace o
“puente” de hidrógeno es un tipo de enlace muy particular, que aunque en algunos
aspectos resulta similar a las interacciones de tipo dipolo-dipolo, tiene
características especiales.
R: Empaquetamiento compacto: El empaquetamiento compacto de esferas es la
disposición de un número infinito de celdas de esferas de forma que las mismas
ocupen la mayor fracción posible de un espacio infinito tridimensional.
11.34 Describa la geometría de las siguientes celdas cubicas: cubica simple,
cubica centrada en el cuerpo, cubica centrada en las caras. ¿Cuál de estas
estructuras daría la densidad mas alta para el mismo tipo de átomos? ¿Cuál
daría la densidad más baja?
R: Celda simple: en la que los puntos reticulares son solo vértices del
paralelepípedo
R: Celda centrada en el cuerpo: tiene un punto reticular en el centro de la celda,
además de los vértices
R: Celda centrada en las caras: tiene puntos reticulares en las caras, además de en
los vértices
¿Cuál de estas estructuras daría la densidad mas alta para el mismo tipo de
átomos? R: La más alta densidad seria de la celda centrada en las caras
11.62 Defina los siguientes términos:
a) calor molar de vaporización R: la energía necesaria para cambiar 1 gramo de
sustancia en estado líquida, al estado gaseoso en el punto de ebullición
b) calor molar de fusión R: es la energía o cantidad de calor necesaria (en kJ) para
fundir 1 mol de un sólido en su punto de fusión.
c)calor molar de sublimación R: es la energía o cantidad de calor necesaria (en kJ)
para fundir 1 mol de un sólido en su punto de fusión.
11.63 ¿Cuál es la relación entre el calor molar de sublimación y los calores
molares de vaporización y de fusión? ¿En que ley se basan estas relaciones?
R: En que en ambas se requiere de cierta cantidad de energía para pasar de un
estado de materia a otro, se basan en la ley de la conservación de la masa
11.68 ¿Qué es la temperatura critica? ¿Qué importancia tiene la licuefacción
de los gases?
R: Es la temperatura límite por encima de la cual un gas miscible no puede
ser licuado por compresión.
EJERCICIOS
11.37 ¿Cuál es el número de coordinación de cada esfera de a) una celda
cubica simple, b) una celda cubica centrada en el cuerpo y c) una celda cubica
centrada en las caras? Suponga que todas las esferas son iguales.
R: a) Celda cubica simple: El número de coordinación para la CS es 6.
R: b) Celda cubica centrada en el cuerpo: El número de coordinación para la
estructura BCC es 8.
R: c) Celda cubica centrada en las caras: El número de coordinación de la estructura
CCC es 12.
11.39 El hierro metálico cristaliza una red cubica. La longitud de la arista de la
celda unitaria es 287 pm. La densidad del hierro es 7.87 g/c𝑚
3
. ¿Cuántos átomos
de hierro hay en una celda unitaria?
R: Arista=a= 287 pm =2.87*10⁻⁸ cm
Densidad= 7.87 g/cm³
Se halla el volumen de la celda unitaria:
Volumen= a³ = (2.87*10⁻⁸ cm)³
Volumen=2.36*10⁻²³ cm³
Se halla la masa de hierro:
Densidad= masa/ volumen
7.87 g/cm³= masa/ 2.36*10⁻²³ cm³
masa= 7.87 g/cm³ 2.3610⁻²³ cm³
masa=1.86*10⁻²² g
Se halla el número de átomos:
1.8610⁻²² g Fe ( 1 mol Fe/ 55.85 g fe)( 6.02310²³ átomos Fe/ 1 mol Fe)
= 2.006 átomos de Fe
11.77 Calcule la cantidad de calor (en kJ) necesaria para convertir 74.6 g de
agua en vapor a 100°C
R: Q = Lv · m
El calor latente tiene un valor de 2260 J/kg, tenemos:
Q = 2260 J/g · 74.6 g
Q = 168.59 kJ
11.116 La entalpía estándar de formación del yodo molecular gaseoso es
62.4kJ/mol. Con esta información calcule el calor molar de vaporización del
yodo molecular a 25°C
R: 𝑙
2
2
𝑓
𝑜
2
𝑓
𝑜
2
=(62.4kJ/mol)-0kJ/mol
=62.4kJ/mol
11.132 El argón cristaliza en una estructura cubica centrada en las caras a 40
K. Dado que el radio atómico del argón es 191 pm, calcule la densidad del
argón solido
Argón (MW=39.948 g/mol)
R:
- 948
mol
1
(540x1 0
− 10
cm)
3
mol
6 .022x1 0
23
atomos
4atomos
1
g
cm
3