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LÍQUIDOS.
EJERCICIOS
UNIDAD I
CONTENIDO
Líquidos. Propiedades. Presión interna. Viscosidad. Ecuación de Pouseuille y ecuación de Stokes. Medición de viscosidad. Tensión superficial y capilaridad. Medición de la tensión superficial. Presión de vapor. Relación entre la presión de vapor la tensión superficial en líquidos puros. Ecuación de Clausius- Clapeyron. Calor latente de vaporización. Presión de vapor de ebullición. Medidas de la presión de vapor. Regla de Trouton. Regla de Ramsay-Young. Fusión y solidificación: cambios de estado. Calor molar de fusión, sublimación, condensación. Diagramas de fase. Ejercicios.
MSc. Ing. Alejandra Escobar Gomes
Elementos de Físico Química
ELEMENTOS
DE FÍSICO
QUÍMICA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
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GUÍA DE EJERCICIOS. UNIDAD I: LÍQUIDOS
Seminarios
1. Comparece la tensión superficial de una burbuja de jabón con la de un globo de goma en los siguientes aspectos: (justifique su respuestas) a. Existe en cada uno de ellos una tensión superficial. b. Depende la tensión superficial del área. 2. Explicar los siguientes hechos: a. El cloro puede licuarse por compresión a temperatura ordinaria, pero no el hidrogeno. b. El vapor de agua a 100 ℃ produce una quemadura mucho más grave que una cantidad equivalente de agua a la misma temperatura. c. Un vaso que contiene agua y cubitos de hielo, se humedece en el exterior. d. ¿Por qué suele ser más seco en verano que en invierno? ¿Por qué se dice que la calefacción seca el aire? 3. Indica razonablemente si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas: a. La temperatura de ebullición de un líquido cambia al variar la presión atmosférica. b. La presión de vapor de un líquido se eleva cuando aumenta la superficie del líquido. 4. ¿Por qué la temperatura de un líquido desciende cuando se evapora? 5. En el Monte Everest, ¿Hervirá el agua a una temperatura mayor o menor a la normal? 6. El punto de ebullición normal del dióxido de azufre es −10 ℃, su punto de congelación es −72,7 ℃, El punto triple se alcanza a −75,5 ℃ y a 1,65𝑥10−3^ 𝑎𝑡𝑚 y su punto crítico está a 157 ℃ y 78 𝑎𝑡𝑚. Con esta información dibuje un esquema del diagrama de fases del compuesto, suponga que las líneas del diagrama son rectas. Indique los estados físicos en cada región. Indique el estado físico de la sustancia en condiciones ambientales. Compare esta sustancia en estado líquido, con el agua en relación a: volatilidad, viscosidad, tensión superficial, fuerzas intermoleculares y presión de vapor. 7. ¿Cómo influye la presión en la variación de la temperatura de congelación del agua? ¿Cómo se aprovecha un patinador sobre hielo de este hecho para lubricar sus cuchillas cuando patinan? 8. ¿Alguna vez ha sentido la desagradable sensación de entrar en un carro que ha estado expuesto al sol por un período prolongado? El físico Domingo K. L. Tan, ante la queja de su hijo ante esta situación, decidió emplear su conocimiento de la evaporación de líquidos para fabricar un producto que permitiese el enfriamiento instantáneo del interior del carro. Para ello preparó una mezcla de líquidos miscibles, de composición, en masa, 90 % de una sustancia y 10 % de la otra. Almacenó la mezcla en una lata con un atomizador, de manera que las gotas de la mezcla líquida al rociarlas fueran muy finas. Formuló un producto no perjudicial para el ambiente, ya que la lata no contiene fluorocarbonos como propelente y
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Problemas de Aplicación
13. ¿Cuál será la tensión superficial del alcohol cuya densidad es 0,8 𝑔/𝑐𝑚^3 , si asciende mediante un capilar de 0,3 𝑚𝑚 de radio hasta 2 𝑐𝑚? 14. Calcular el radio de un capilar tal que colocado en mercurio este asciende 5 𝑚𝑚. Si el peso específico del mercurio es de 13,28 𝑁/𝑚^3. 15. ¿Cuál es la altura a que llega el éter en un capilar de 0,8 𝑚𝑚 de radio (𝜌 = 0,7 𝑔/𝑐𝑚^3 ), si su tensión superficial es 4,36 𝑑𝑖𝑛𝑎/𝑐𝑚^3 y su tensión superficial es 520 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚⁄? 16. Calcular la tensión superficial de un líquido cuya densidad es 0,75 𝑔/𝑐𝑚^3 y asciende por un tubo capilar de 0,5 𝑚𝑚 hasta 1,8 𝑐𝑚. 17. La tensión superficial del mercurio es de 520 𝑑𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑚⁄ , y su densidad es de 13,6 𝑔 𝑐𝑐⁄ a 25 ℃. Deduzca una ecuación para el descenso del mercurio que ha de producirse en un tubo de vidrio de radio interno 𝑟, introducido en el líquido. Con ayuda de esta ecuación, calcular el descenso: a. Si 𝑟 = 1 𝑚𝑚. b. Si 𝑟 = 5 𝑚𝑚. 18. En el laboratorio se midió la viscosidad de la glicerina a diferentes temperaturas. Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
TEMPERATURA (℃) VELOCIDAD (𝒄𝒆𝒏𝒕𝒊𝒑𝒐𝒊𝒔𝒆𝒔 𝒄𝑷) − 20 1 , 34 𝑥 105 0 , 0 1 , 21 𝑥 104 20 1 , 49 𝑥 103 30 6 , 29 𝑥 102 a. Determine la energía de activación que corresponde al desplazamiento viscoso de la glicerina. Elabore el gráfico en papel milimetrado. b. Determine la viscosidad de la glicerina a la temperatura del cuerpo humano.
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19. Las viscosidad del clorobenceno a 20 ℃ es de 0.799 𝑐𝑃, y su punto normal de ebullición 132 ℃. Suponiendo que se comporta como un líquido normal, estime su viscosidad a 100 ℃ y compárela con el valor experimental de 0,367 𝑐𝑃. 20. La viscosidad y la densidad de la sangre humana a la temperatura del cuerpo son 4 𝑐𝑃 y 1 𝑔 𝑐𝑚⁄^3 , respectivamente. El flujo de la sangre desde el corazón a través de la aorta es 5 𝐿 𝑚𝑖𝑛⁄^ en un cuerpo humano en reposo. El diámetro de la aorta es típicamente de 2,5 𝑐𝑚. Calcule: a. El gradiente de presión a lo largo de la aorta. b. La velocidad media de la sangre. ∆𝑉 ∆𝑡 = −
𝜋𝑟^4
21. Calcule la velocidad final de caída de una bola de acero de 1 𝑚𝑚 de diámetro y 4 𝑚𝑔 de masa, en agua a 25 °𝐶. Repita el cálculo para glicerina (densidad 1,25 𝑔 𝑐𝑚⁄ 3 ). Las viscosidades del agua y de la glicerina a 25 °𝐶 y 1 𝑎𝑡𝑚 son 0,89 𝑐𝑃 y 954 𝑐𝑃, respectivamente. 22. ¿Con qué velocidad pueden ascender las burbujas de aire (cavidades) en agua a 25 °𝐶 si sus diámetros son de 1 𝑚𝑚? Datos adicionales del agua a 25 ℃: 𝜌 = 103 𝑘𝑔 𝑚⁄^3 , 8,91𝑥10−4^ 𝑘𝑔 𝑚 𝑠⁄. 23. A continuación se presentan los valores de ∆𝐻 de vaporización y el punto normal de ebullición de tres sustancias:
SUSTANCIA ∆𝑯𝒗𝒂𝒑 (𝒌𝑱/𝒎𝒐𝒍)^ PTO. NORMAL DE EBULLICIÓN (℃) Acetona 25 , 5 56 , 2 Dietil éter 26 , 0 34 , 6 Etanol 39 , 3 78 , 3
Utilice la información de la tabla para responder las siguientes preguntas justificando sus respuestas.
a. Ordene las sustancias en forma creciente de su presión de vapor a 25,0 ℃. b. Ordene las sustancias en forma creciente de volatilidad. c. Ordene las sustancias en forma creciente de sus fuerzas intermoleculares en estado líquido. d. Ordene las sustancias en forma creciente de su viscosidad a 25,0 ℃.
24. Se desea descongelar 50 𝑚𝐿 de caldo de pollo que se encuentran a −15 ℃. Para ello se sumergen en una olla que contiene 2 𝐿 de agua hirviendo y se retira la olla del fuego. Si no se disipa calor al ambiente y se considera que el caldo de pollo se comporta como si fuese agua. a. ¿Cuál será la temperatura final del sistema?
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31. Aplicando la regla de Trouton, determina cuales de los siguientes líquidos deben tener fuertes interacciones intermoleculares y sugiere una explicación: a. 𝐶𝐻 3 𝐶𝐻 2 𝑂𝐻 (etanol) ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 42 𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄^ , 𝑇𝑒𝑏 = 351 𝐾. b. 𝐻 2 𝑆𝑒, ) ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 20 𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄^ , 𝑇𝑒𝑏 = 232 𝐾. c. 𝑃𝐶𝑙 3 , ) ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 31 𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ , 𝑇𝑒𝑏 = 347 𝐾
