NUCLEOSÍNTESIS
La nucleosíntesis es la formación de elementos. El hidrógeno y el helio producidos en el Big Bang producen el resto de elementos como resultado de reacciones nucleares en las estrellas y en el espacio. Mediante el bombardeo de un átomo y empleando un acelerador de iones se pueden crear átomos.” En 1996 los científicos alemanes crearon dos átomos del elemento 112, ununbio, mediante el bombardeo de los átomos de plomo, con átomos de cinc acelerados.
PREGUNTAS DE ANÁLISIS DEL TEMA:QUIMICA NUCLEAR Y DESARROLLO DE ENERGÍA NUCLEAR.
La estrella más importante en la vida de la tierra es, indudablemente, el sol: esférico y con un diámetro 100 veces el de la tierra. La temperatura en la región central es de unos quince millones de grados Celsius. En la fotosfera es de unos 6000 grados Celsius.
1. La propiedad más importante del sol es que brilla, o que libera energía debido a reacciones de:
a) fusión nuclear
b) fisión nuclear.
Sustente la respuesta seleccionada de acuerdo al mapa conceptual.
2. El interior del sol es tan caliente que no pueden existir allí :
a) Moléculas.
b) Iones
c) Átomos
d) Protones
e) Electrones.
Sustente la(s) respuesta(s) seleccionada(s) de acuerdo al mapa conceptual.
3. Cuál es el cuarto estado de la materia ?
_____________________________
4. La fotósfera del sol está compuesta por los siguientes elementos con sus respectivos porcentajes:_______________________
Relacione esta pregunta con la respuesta anterior.
Cada segundo en el interior del sol se convierten 630 millones de toneladas de hidrógeno.
a) En qué elemento se transforma el hidrógeno ?
b) Cuántas toneladas del nuevo elemento cree que se formen y porqué ?
c) Consulte la cantidad de energía que se libera en este proceso.
d) Con este ritmo se calcula que el sol brillará para siempre o se extinguirá algún día ?
5. Una de las formas como se aprovecha la energía que proviene el sol es la fotosíntesis.
¿ Cuáles son los principales compuestos que intervienen en este proceso ?
Bandas de energía. Cada átomo consta de un núcleo y uno o más electrones que se encuentran en diferentes niveles de energía. Cuando un átomo interactúa con otro, se generan nuevos niveles de energía, llamados de unión y de antiunión , según sea su influencia en el enlace químico. En 1 cm3 de cualquier material sólido se tienen unos 1022 átomos unidos estrechamente y por tanto en interacción mutua. Debido al gran número de átomos presentes, se genera una gran cantidad de nuevos niveles, los cuales llegan a tener energías tan semejantes que prácticamente constituyen una región continua denominada banda de energía. Esto equivale a construir entrepisos en un edificio de muchos pisos, cada vez más cercanos entre sí, de hecho tan cercanos que ya no es posible distinguir uno de otro, ni determinar donde empieza o termina cada piso o nivel, así que un electrón puede ocupar cualquier posición dentro de la banda. Una variable discreta, al tomar valores muy próximos, tiende a convertirse en una variable continua.
Al interactuar los electrones que se encuentran en estos niveles se constituye la banda de valencia. Los niveles inmediatos de mayor energía contienen pocos o ningún electrón y dan lugar a la banda de conducción. Estas dos bandas suelen ser suficientes para describir los fenómenos de excitación y conducción electrónica. ¿Cuántos átomos estarán presentes en 1m3 de un sólido ?
Para primer quizz del 5% EJERCICIOS DE ENERGÍA DE FOTONES Y ELECTRONES.
1. Determinar la energía de una radiación cuya longitud de onda es 6600 Ẵ.
E = n h c / λ
2. Una lámpara de 25 W ( 1W= 1J/s-1) emite una luz amarilla cuya longitud de onda es 580nm. ¿ cuántos fotones de luz amarilla emite ?
3. La energía mínima requerida para remover un electrón de un determinado átomo es de 0,5 x 10-12erg. Calcular la frecuencia umbral de dicho átomo.
Con estos ejercicios realice la primera parte del ejercicio 4 y consulte la segunda parte de corriente eléctrica. El quizz es este mismo ejercicio con diferentes datos.
4. Un rayo de luz de 6500 Ẵ de longitud de onda y que transporta una energía de 1x105 erg por segundo, incide sobre una célula fotoeléctrica y se gasta totalmente en producir fotoelectrones.(Esta es, aproximadamente, la energía de la luz del sol y del cielo en un día luminoso, que incide sobre un área de 1cm2). ¿ cuál es la magnitud de la corriente eléctrica que pasa por el circuito del que forma parte la célula fotoeléctrica ?
Consultar las constantes que se requieran en el ejercicio.
2. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
a) Delimitar la estructura electrónica externa del átomo= 2s2, 2p3 El número cuántico principal =2 define el período = 2. La estructura electrónica externa la conforman los subniveles s y p.
b) Los electrones de este nivel externo definen el número del grupo = 2+3 = 5 = grupo 5.
El nitrógeno corresponde a un grupo principal “p”. Con los grupos d y f no se cumple esta regla.
Consultar este tema de elementos de tranasición y de doble transición y transición interna.
TAREA de autoevaluzción Nº 1 Determinación de grupo y periodo de acuerdo a la configuración electrónica.
METODOLOGÍA PARA UBICAR LOS ELEMENTOS EN LA TABLA PERIÓDICA.
c) Delimitar la estructura electrónica externa del átomo= 2s2, 2p3 El número cuántico principal =2 define el período = 2 .La estructura electrónica externa la conforman los subniveles s y p.
d) Los electrones de este nivel externo definen el número del grupo = 2+3 = 5 = grupo 5.
El nitrógeno corresponde a un grupo principal “p”. Con los grupos d y f no se cumple esta regla.
Consultar este tema de elementos de tranasición y de doble transición y transición interna.
1. Con base a la distribución electrónica de Auf Bau determine el grupo y el periodo en el que se ubican en la tabla periódica los siguientes elementos:
Ejercicio de ejemplo. Desarrollar la distribución electrónica para el átomo de nitrógeno. Este átomo se representa como 7N14, lo cual indica que posee 7 protones, 7 electrones y 7 neutrones. Según esto, según esto, se desarrolla el conteo para la distribución de 7 electrones del átomo de nitrógeno.
METODOLOGÍA PARA REPRESENTAR LAS ESTRUCTURAS ELECTRÓNICAS DE LOS ÁTOMOS.
a) A partir del número atómico se representan simbólicamente las estructuras electrónicas
b) Se distribuyen los electrones de cada átomo en los niveles y subniveles de energía según el diagrama de Moeller
1s2, 2s2, 2p3
De lo anterior se desprende que los 7 electrones se ubican así: dos en el primer nivel con momento angular s, 5(grupo 5) en el segundo nivel (período 2) de los cuales 2 poseen momento angular s y 3 momento angular p. Obsérvese que los valores 1s y 2s poseen el número máximo posible de electrones para este momento angular (s); al contrario el valor 2p sólo posee 3 electrones de 6 que ese momento angular podría contener.
1. Con base a la distribución electrónica de Auf Bau determine el grupo y el periodo en el que se ubican en la tabla periódica los siguientes elementos:
38Sr88 ,
24Cr52 (Z=24)
47Ag107 (Z=47)
33As75 (Z=33)
18Ar40 (Z=18)
92U238 (Z=92)
fósforo (Z=15)
2. Represente la configuración electrónica para los primeros 3 periodos. de los elementos correspondientes a los grupos : I-.A, II-A, VII-A y VIII. Compare el número principal “n” del nivel externo con el periodo al que pertenece cada elemento. Compare el número de electrones del nivel externo con el grupo al que pertenece cada elemento. Concluya.
3.PROPIEDADES PERIÓDICAS.
TAREA Nº 2 Orden de los elementos de acuerdo a las propiedades periódicas
1. Ordenar de manera ascendente los siguientes elementos según su potencial de ionización :
Rutenio 44Ru: Grupo 8 (VIIIB) ; periodo = 5
Escandio: 21Sc: Grupo 3 (IIIB) ; periodo = 4
Neón: 10Ne Grupo 18 (VIIIA) ; periodo = 2
Cinc: 30Zn Grupo 12 (IIB) ; periodo = 4
Azufre 16S Grupo 16 (VI-A) ; periodo = 3
Sodio 11Na Grupo 1 (I-A) ; Periodo = 3
2. Escriba las configuraciones electrónicas del cobre y del ión cobre Cu2+
Estrategia. Determinar la configuración del átomo neutro. Quitar los electrones de la capa de valencia de los orbitales p, luego los de los orbitales s y finalmente, si es necesario, los de los orbitales d de la siguiente capa, hasta que el número de electrones removido iguale la carga del ión.
4. MAPA CONCEPTUAL. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS. ELEMENTOS DEL GRUPO I
-Son los más violentamente reactivos de todos los metales.
-Todos los metales alcalinos reaccionan directamente con casi todos los no metales a excepción de los gases nobles.
-La mayoría de sus compuestos son iónicos.
Son excelentes agentes reductores.
-La fuerza de la reacción con agua se incrementa uniformemente al descender en le grupo. Con los elementos que inician el grupo se produce inflamación de los mismos al contacto con agua, en tanto que con el rubidio y el cesio se producen explosiones.
Li Los compuestos de litio se utilizan en cerámicos, lubricantes y medicinas
Na, K. Forma cloruros , nitratos e hidróxidos muy solubles en agua.
Rb, Cs, Fr.____________________________
ELEMENTOS DEL GRUPO II
-Está presente en el carbonato de calcio, yeso y piedra caliza, importantes materiales de construcción.
-El mármol es una forma de carbonato de calcio
-El concreto es una mezcla de material adherente y de relleno, en la cual el adherente es el cemento y el material de relleno es grava, la cual algunas veces se aligera con polímero.
-El cemento se fabrica calcinando en el horno una mezcla de piedra caliza, arcilla, arena y óxido de hierro.
-El producto de calcinación contiene óxido de calcio, silicatos de calcio y silicatos de calcio y aluminio. Estos gránulos son molidos con yeso, CaSO4.2H2O
Estos metales, algunos de ellos blandos deben su importancia a la resistencia a la corrosión. Estos metales se vuelven menos activos en presencia de aire, en cuya presencia desarrollan una capa superficial protectora de óxido.
El Mg es mas costoso que el acero . Debido a su baja densidad, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión se emplea en aviación.
Be, Mg. No se disuelven en ácido nítrico debido a que se vuelven pasivos por una película de óxido.
El Be muestra un indicio de carácter no metálico.
Sr, Ba, Ra.
_____________________________________________________________
FAMILIA DEL BORO. bloque p.
Metaloide. Forma enlaces covalentes. Se le encuentra formando una estructura icosaédrica basada en grupos de 12 carbonos. Debido a la red tridimensional el boro es muy duro. Se le adiciona al plástico, con lo cual se obtiene un material liviano pero resistente.
El boro también se emplea en aeronaves, misiles y armadura personal.
Boranos, borohidruros y boruros. Los boranos son una serie extensa de compuestos binarios de boro e hidrógeno, en cierta forma análogos a los hidrocarburos.
Al. Se encuentra en estructuras cristalinas que hacen parte de materiales cerámicos, del cual la alúmina, Al2O3 .x H2O es uno de los minerales más importantes.
Minerales preciosos. La α alúmina se puede encontrar en forma impura,
Rubí. En la cual algunos iones Al3+ han sido remplazados por Cr3+
Zafiro. En la cual algunos iones Al3+ han sido remplazados por Fe3+ y Ti4+
Topacio. Alúmina con impurezas de Fe3+
Sulfato de aluminio. Al2(SO4)3 Al reaccionar con agua forma hidróxido de aluminio ( Al(OH)3) compuesto de consistencia esponjosa que retiene las impurezas del agual.
Minerales preciosos. La α alúmina se puede encontrar en forma impura,
Rubí. En la cual algunos iones Al3+ han sido remplazados por Cr3+
Zafiro. En la cual algunos iones Al3+ han sido remplazados por Fe3+ y Ti4+
Topacio. Alúmina con impurezas de Fe3+
Sulfato de aluminio. Al2(SO4)3 Al reaccionar con agua forma hidróxido de aluminio ( Al(OH)3) compuesto de consistencia esponjosa que retiene las impurezas del agual.
COMPUESTOS DEL CARBONO.
Si. El silicio es el segundo elemento mas abundante en la corteza terrestre. Se lo encuentra en las rocas en forma de silicatos. SiO32- o como sílice, SiO2 de la arena . La sílice obtiene su fuerza de su estructura reticular unida de forma covalente. En la sílice, cada átomo de silicio se encuentra en el centro de un tetraedro de átomos de oxígeno y cada átomo de O de las esquinas es compartido por dos átomos de Si.Cuarzo Se conoce como cuarcita. Se emplea en semiconductores. El cuarzo está constituído por cadenas helicoidales enrolladas entre sí. Formas impuras de sílice.
Amatista.__________________________________
Agata.____________________________________
Önix._____________________________________
Jade._____________________________________
Silicio amorfo. Dispositivos fotovoltaicos que producen electricidad a partir de la luz solar.
Asbesto. Forma estructuras en forma de escaleras. La tremolita, Ca2Mg5(Si4O11)2(OH) . Soportan calor extremo, por lo cual se emplean para aislamiento
Aluminosilicatos. Si el a Al3+ remplaza algo del silicio IV el resultado son estructuras muy complejas,Como:
Mica. Mineral. Material en capas transparentes que se emplean en las ventanas de los hornos.
Granito. ____________________________________
Siliconas. -O-Si-O -Si-O-Si-O Material sintético.____________________________________
Estaño. Metal costoso y resistente a la corrosión. Se emplea en hojalatas. En aleación con cobre forma el bronce.
C. Diferentes formas del carbono sólido o ALÓTROPOS del carbono
Carbonilla o negro de carbón. Usos. Pigmentos, tintas. Se obtiene de hidrocarburos gaseosos.
Carbón activado. Gránulos de carbón microcristalino. Se emplea en purificadores de aire y máscaras de gas, filtros de agua para acuarios y en procesos químicos. Se obtiene de materia orgánica residual por calentamiento. Contiene alrededor de 2000m2 por gramo
Grafito. Consiste en láminas planas de átomos de carbono en una red hexagnal.Conductor de electricidad. Se emplea como electrodo.
Diamante. Es la sustancia más dura que se conoce. Es el abrasivo ideal porque puede rayar todas las otras sustancias y aún así deja escapar el calor generado en la fricción.
Fullerenos. Nanoestructuras. C60Se descrubrieron en 1985. Consiste en moléculas de carbono en forma de pelota de fútbol. Se conocen con el nombre deBuckminsterfullereno, nombre dado en honor a un arquitecto diseñador de domos geodésicos. Su interior hueco puede contener un átomo de otro elemento. Se forma en las estrellas y por lo tanto el universo debe contener un inmenso número de ellos.
Algunos fullerenos consisten en nanotubos o estructuras concéntricas de sucesiones de tubos en el interior de otros tubos, cada uno conformado por estructuras similares a las del benceno con electrones deslocalizables que pueden formar extensiones de fibras conductoras con una gran área superficial.
Uso.
Superconductores. Por debajo de los 18K Su gran resistencia y conductividad han llevado a utilizarlos en componentes electrónicos submicroscópicos tales como transistores.
Nanomoldes. Su rigidez hace que se puedan emplear como moldes para otros elementos. Pueden ser llenados con plomo fundido para crear cables de plomo de un átomo de diámetro.
Nanotubos sensores. Los nanotubos que son llenados con biomoléculas tales como citocromo c prometen actuar como nanosensores para aplicaciones médicas.
Su interior se puede emplear como como un medio para conducir
Medicina. Algunas estructuras sólidas denominadas fulleritas parecen ser activas contra el cáncer y el sida. Debido a su interior hueco se puede emplear como tubería de unos pocos nanómetros de diámetro que puede ser usada para inyectar un fármaco dentro de una única célula.
5. CONCEPTOS DE MOL, ÁTOMO-GRAMO, MOLÉCULAS, NÚMERO DE AVOGADRO, LEY DE PROPORCIONES DEFINIDAS.
Ley de las proporciones definidas
Un compuesto puro siempre está formado por los mismos elementos combinados en las mismas proporciones de masa o cantidad de sustancia. Por ejemplo, el CO2 es un compuesto molecular y las moléculas de CO2 están formadas por 1 átomo de carbono y 2 átomos de oxígeno, de manera que en cualquier cantidad de masa siempre se conservará esta relación, la cual se puede expresar en masa o en moles.
simbolos y formulas
En el caso del cloro el símbolo puede representar:
6,02 X 1023 átomos de cloro
UN átomo gramo de cloro
35,45g de cloro
TAREA de autoevaluación Nº 3 Para preparar cuarto quizz del 5% Conceptos de mol, átomo-gramo, moléculas, número de Avogadro, ley de proporciones definidas. Para preparar
1. Una cantidad de Al2(CO3)3 por análisis proporciona 1,32 moles de Al. ¿Cuántas moles de C y
de O se encuentran presentes en esta sustancia ?
2. Cuántos átomo-gramo hay en 4,8g de oxígeno (M = 16)
3. Cuántos gramos de cobre hay en 7,3 at-g de dicha sustancia.
4. Cuántas moles, moléculas, át-g de carbono , át-g de oxígeno, gramos de carbono y gramos de
oxígeno hay en 2g de dióxido de carbono.
5. Calcular los gramos de hierro (Fe) que hay en 150g de óxido de hierro (III) (Fe2O3)
6. Cuál es el número máximos de moles de átomos de óxido de hierro III (Fe2O3) que pueden prepararse a partir de 10 mol de Fe.
7. Cuántas moles serán 1,2 x 1023 moléculas de NH3 ? ¿ cuál es su masa ?
8. Cuántos gramos de calcio hay en una tonelada de Ca3(PO4)2
6. FORMULA EMPÍRICA Y MOLECULAR O VERDADERA.
TAREA de autoevaluación Nº 4 tema del 4º quizz
Metodología
a) Se calculan las moles de cada elemento
b) Si la composición está dada en porcentaje la base de calculo corresponde a 100g de masa y cada uno de los porcentajes se toma como su masa en gramos.
c) Se divide la cantidad de sustancia por la menor de todas
d) Si los numeros calculados son enteros o aproximadamente enteros estos corresponden a los subíndices de la fórmula empírica.
e) Si alguno de los números calculados no es aproximable a un número entero, entonces se multiplican todos por un factor tal que se obtengan números enteros que serán los subíndices de los elementos en la fórmula empírica.
Formula global.
a) Se divide la masa molar entre la masa molar de fórmula empírica. El número resultante indicará las veces que está contenida la fórmula empírica en la global.
b) multiplicar el número antes calculado por los subíndices de la fórmula empírica para obtener los subíndices de la fórmula global
1. Se encontró experimentalmente que el sulfato de cinc contiene 0,241 mol de cinc (Zn), 0,241mol de azufre (S), 0,964 mol de oxígeno (O). Cuál es su fórmula química ?
( consultar la masa molar del sulfato de cinc)
2. Dadas las siguientes formulas empíricas y pesos moleculares calcular la formula molecular verdadera:
CH2 84 g/mol
HO 34 “
CH2O 150 “
HgCl 472 “
HF 80 “
3.Por combinación de 2,8g de CaCl2 con 2,11g de NH3 se forma un compuesto. Cuál es su fórmula ?
CaCl2 = 111 g/mol
NH3 = 17g/mol
Tema del cuarto quizz del 5% Estudiar la estrategia del desarrollo de este ejercicio para aplicarla en el quizz, obviamente con otro tipo de compuesto.
Ejercicio de ejemplo. El plástico ABS es un polímero usado en aplicaciones que requieren resistencia al impacto.
El polímero consiste en 3 monómeros:
Acrilonitrilo = C3H3N ; Butadieno = C4H6 ; Estireno = C8H8
Una muestra de ABS contiene 8,8% de N en masa. Este requiere 0,605g de Br2 para reaccionar completamente con 1,2g de muestra plastica ABS. El bromo reacciona 1:1 (por mol) con el butadieno en el polímero. ¿ cuál es el porcentaje en masa de acrilonitrilo y butadieno en el polímero ?
Se toma como base de calculo 100g de todo el polímero. De los 100g, 8,8g corresponden a nitrógeno.
8,8 g N x 1mol N / 14g = 0,63 mol de N.
Se hallan las moles de carbono en C3H3N por relación con las moles de nitrógeno.:
0,63 mol de N. x 3 moles C / 1 mol N = 1,89 moles C
Se hallan las moles de H por relación con las moles de N
0,63 mol de N. x 3 moles H / 1 mol N = 1,89 moles H
Se pasan todas estas moles a gramos:
0,63 mol de N. x 14g N / 1 mol N = 8,82 g N
1,89 moles C x 12g C / 1 mol C = 22,7 g C
1,89 moles H x 1g H / 1 mol H = 1,89g H
33,41g de acrilonitrilo (C3H3N) = 33,41 %
b) moles de bromo:
0,605 g Br2 x 1 mol Br2 / 159,8g = 3, 79 X 10-3 mol Br2
Puesto que la reacción es 1:1 las moles de bromo reaccuionan 1:1 con el butadieno:
3, 79 X 10-3 mol Br2 = 3, 79 X 10-3 mol de butadieno (C4H6)
3, 79 X 10-3 mol de butadieno (C4H6) x 54 g / 1 mol de C4H6 = 0,205 g de C4H6
0,205 g de C4H6 → 1,2g ABS
X 100g ABS X 17, 08g de butadieno (C4H6)
Conclusión:
Acrilonitrilo [C3H3N]: 33,41% ; Butadieno [C4H6 ]: 17,08 ; Estireno [C8H8 ]: 49,51 %
7. BALANCEO DE REACCIONES.
TAREA de autoevaluación Nº 5 Tema del quinto quizz 5% calculos estequiométricos.
4.1. Balanceo por tanteo o inspección. Es un método en el cual se contabilizan los átomos de cada compuesto y se igualan en ambos lados de la ecuación. Aunque no existe un procedimiento de uso general para el balanceo de todas las reacciones, en algunos casos se puede emplear la siguiente estrategia:
· Se inicia el balanceo de las moléculas más complejas
· Para la molécula más compleja es conveniente ajustar el metal y el no metal .
· Se ajusta el hidrógeno
· Se ajusta el oxígeno.
En algunas reacciones las moléculas presentan una complejidad similar, en cuyo caso se debe examinar si es conveniente ajustar primero el hidrógeno, luego metales y no metales y por último el oxígeno.
1. Balancee la reacción: CH4 + O2 ↔ CO2 + H2O
2. Balancee la reacción: (NH4)2Cr2O7(s) → Cr2O3(S) + N2(g) + H2O
Dicromato de amonio óxido de cromo III
3. Balancee la reacción: C2H5OH(l) + O 2(g) → 2CO2(g) + H2O
4. Balancee la reacción: NH3 + O 2 → NO(g) + H2O
CALCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS.
A. Cantidad de reactivos y productos.
Metodología para calcular la masa de reactivos y productos en una ecuación química.
Se balancea la reacción.
Se convierte la masa de conocida de reactivos o productos a moles
Se establece la relación molar con el reactivo o producto de interés
Se realiza la conversión de moles a gramos de la sustancia requerida.
Una vez balanceada la reacción se pueden establecer relaciones estequiométricas en masa, ya que esta es el verdadero interés a nivel experimental.
Ejercicio 1. ¿ Qué cantidad de oxígeno reacciona con 96,1g de propano ?
C3H8(g) + 5O2(g) ↔ 3CO2(g) + 4H2O
Ejercicio 2. El hidróxido de litio (LiOH) es usado en vehículos espaciales para remover el dióxido de carbono del medio ambiente, por formación de carbonato de litio sólido y agua líquida. Qué cantidad de masa de dióxido de carbono puede ser absorbida por 1 Kg de hidróxido de litio ?
B. Calculos que implican reactivo límite.
Las reacciones se llevan a cabo de tal forma que los componentes reaccionan en cantidades estequimétrica, como lo indica la ecuación balanceada. Si esta relación no se cumple se tendrá un reactivo en exceso y un reactivo límite.
1. Calcule la masa de agua requerida para reaccionar exactamente con 2,5 x103 kilogramos de metano.
2,5 x106 g de CH4
El hidrógeno es obtenido por reacción de metano con vapor de agua.
CH4(g) + H2O(g) ↔ 3H2(g) + CO (g)
2. Calcule el reactivo límite para la reacción que se lleva a cabo entre 50 moléculas de hidrógeno
(H2) Considere la reacción:
2H2(g) + O2(g) ↔ 2H2O
3. Calcule el reactivo límite para la reacción que se lleva a cabo entre 100 moléculas de hidrógeno y 40 moléculas de oxígeno en la reacción anterior.
4. Se hacen reaccionar 10 moléculas de metano con 17 moléculas de agua. Qué cantidad de hidrógeno y monóxido de carbono se forma ?
5. El amonio es un fertilizante importante, y a su vez es materia prima para la síntesis de otros fertilizantes, el cual se obtiene de acuerdo a la siguiente reacción:
N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
a) Si se mezclan 5 moléculas de nitrógeno con 9 moléculas de hidrógeno. ¿ En qué forma se consumen los reactantes ?
b) Se mezclan 25 Kg de nitrógeno y 5 Kg de hidrógeno para formar amonio. Calcule la cantidad de gas amonio producido en la reacción.
6. a) Cuando se mezclan plata y (S8) se forma sulfuro de plata. ¿ qué masa de sulfuro de plata (Ag2S) es producida de una mezcla de 2 g de plata (Ag) y 2 g de S8 ?
16 Ag(s) + S8(s) ↔ 8 Ag2S(s)
Ag = 107 g/mol ; S = 32g/mol ; Ag2S = 247,8 g/mol
b). Cuál es la masa de reactante luego de la reacción ?
7. El mercurio y el bromo reaccionan para producir bromuro de mercurio (II)
Hg(l) + Br2 (l) ↔ HgBr2(s)
Qué cantidad de bromuro de mercurio puede ser producida por reacción de 10g de mercurio y 9
g de bromo ? Qué masa de cada reactante queda sin reaccionar ?
Hg = 200,6 g/mol ; Br = (79,9gX2) = 159,8 g Br2 ; HgBr2 = 360.4g/mol
8. En la siguiente reacción sin balancear qué masa de sulfato de calcio y ácido fosfórico pueden ser producidas por reacción de 1Kg de fosfato de calcio con 1Kg de ácido sulfúrico del 98% en masa:
Ca3(PO4)2 + H2SO4(aq) ↔ CaSO4(s) + H3PO4(aq)
Fosfato de calcio ácido sulfúrico sulfato de calcio ácido fosfórico
C. Porcentaje de rendimiento.
Rendimiento teórico. La máxima cantidad de producto formado cuando el reactivo límite es completamente consumido se llama rendimiento teórico.
La cantidad de producto obtenida experimentalmente se denomina rendimiento experimental.
La relación entre estas dos cantidades se denomina porcentaje de rendimiento.
1. El nitrógeno gaseoso puede ser preparado haciendo pasar el amonio gaseoso sobre óxido de cobre (II) a altas temperaturas. Los otros productos son cobre sólido y vapor de agua. Se hacen reaccionar 18,1g de amonio gaseoso con 90,4g de óxido de cobre (II). Cuál es el reactivo límite ? Qué cantidad de nitrógeno en gramos se forma ?
2NH3(g) + 3CuO(s) ↔ N2(g) + 3Cu(s) + 3H2O(g)
Producción experimental / producción teórica x 100 = % de rendimiento.
2. En el ejercicio anterior se encontraron experimentalmente 6.63g de nitrógeno. Cuál es el porcentaje de rendimiento ?
8. QUIMICA DEL ESTADO GASEOSO.
TAREA de autoevaluación. Nº 6. Tema PARCIAL DEL PRIMER TERCIO. Ejercicios de leyes de los gases.
Presión. La presión es una variable termodinámica intensiva, que se expresa adecuadamente en atmósferas, bares o Kg/cm2
La presión es una fuerza ejercida perpendicularmente sobre la unidad de superficie.
La unidad de presión en el sistema internacional (SI) es el N/m2 que recibe el nombre de pascal ( en honor a Blas pascal)
Ejercicios de gases.
1. Una muestra de hidrógeno (H2) tiene un volumen de 8,56L a una temperatura de 0ºC y una presión de 1,5 atm. Calcular las moles de H2 presentes en la muestra de gas.
2. Suponga que tiene una muestra de gas amoníaco de un volumen igual a 3,5 L y una presión de 1,68 atm. El gas es comprimido a un volumen de 1,35L a temperatura constante. Calcule la presión final del gas.
3.Una muestra de gas metano que tiene un volumen de 3.8L a 5ºC es calentada hasta 86ºC a presión constante. Calcule el nuevo volumen.
4. Una muestra de gas diborano (B2H6), una sustancia que entra en combustión cuando es expuesta al aire, tiene una presión de 345 torr a una temperatura de -15ºC y un volumen de
3,48 L. Si las condiciones cambian a una temperatura de 36ºC y una presión de 468 torr, cuál será el volumen de la muestra ?
5. Un recipiente que contiene 0,35 mol de gas argón a una temperatura de 13ºC y una presión de 568 torr es calentado hasta 56ºC y una presión de 897 torr. Calcular el cambio en el volumen.
6. Calcule el volumen que ocupa 1 mol de gas a condiciones normales.
7. Una muestra de gas nitrógeno tiene un volumen de 1,75 L a STP ¿ cuántas moles de nitrógeno están presentes ?
8. Qué volumen ocupan en forma independiente 1 mol de cada una de las siguientes cantidades de sustancias: 32g de O2 ; 2g de H2 ; 17g de NH3
9. La presión necesaria para fabricar diamantes sintéticos a partir de grafito es 8 x104 atm Exprese esta presión en a) Pa ; b) Kbar ; c) Torr ; d) lb /plg2
10. Un cilindro de gas argón presenta una presión de 29,4lb/pulg2 . Convierta esta presión en: a) kPa ; b) torr ; c) bar ; d) atm
11. Se desea fabricar un manómetro con agua de mar, cuya densidad es igual a 1,1 g/cm3
¿ qué altura alcanzará el agua en el barómetro, teniendo en cuenta que un barómetro de mercurio alcanzaría 73,5 cm ? La densidad del mercurio es 13,6 g/cm3
12. Suponga que el ancho de su cuerpo ( a la altura de los hombros) es de 20 pulg. Y que su profundidad ( de pecho a espalda) es de 10 pulg. Si la presión atmosférica es 14,7 lb / pulg2 ¿ Qué masa de aire soporta su cuerpo cuando usted se encuentra en posición erguida. ?
13. Determine la presión final cuando a) se transfieren 7,5 ml de criptón a 2,00 x 105 kPa a un recipiente de volumen 1,0 L b) se comprimen 54,2 cm3 de oxígeno a 643 Torr hasta 7,8 cm3
Considere que la temperatura es constante.
14. Un globo de helio posee un volumen de 22,5L cuando la presión es 0, 951 atm y la temperatura es 18ºC. Se enfría el globo a una presión constante hasta que la temperatura es -15ºC. ¿ Cuál es el volumen del globo en esta estapa ?
15. Un recipiente con hidrógeno con un volumen de 300m3 está a 1,5 atm y 10ºC a las 2:00 de la mañana. A las 2:00 de la tarde la temperatura se ha elevado hasta 30ºC ¿ cuál es la nueva presión de hidrógeno en el recipiente ?
17. Se prepara 1,0 mol de gas Ne a determinada presión y temperatura en un recipiente ecpansible. Luego se agrega 0,01 mol de Ne al mismo recipiente. ¿ cómo debe modificarse el volumen para que la presión y la temperatura se mantengan iguales ?
18. Le informan que 35,5 de xenón ejercen una presión de 0,255 atm a -45ºC
a) Qué volumen ocupa la muestra a 1,0 atm y 298 k?
b) Qué presión ejercería si fuera transferida a un frasco de volumen 12 ml a 20ºC ?
c) Calcule la temperatura necesaria para que el xenón ejerza una presión de 5,0x102 torr en el frasco.
27. El efecto de la alta presión sobre los organismos, incluidos los seres humanos se estudia para obtener información acerca del buceo a altas profundidades y la anestesia. Una muestra de aire ocupó 1,00L a 25ºC y 1,0 atm. ¿ qué presión ( en atm) se necesita para comprimir el aire a 239 cm3 a esta temperatura ?
29.Se sabe que el monóxido de nitrógeno, NO, actúa como un neurotransmisor. Para estudiar su efecto se recogió una muestra en un recipiente cuyo volumen fue de 250 ml . A 19.5ºC la presión del gas en este recipiente es de 24,5 KPa ¿ qué cantidad de NO se recogió ?
31. nivel del mar, con una presión de 104 KPa y una temperatura de 21ºC, una determinada masa de aire ocupó 2 m3 ¿hasta qué volumen se expandirá la masa de aire cuando se haya elevado hasta una altura en la cual la presión y la temperatura son a) 52 kPa , -5ºC; b)880.Pa, Pa -52ºC ?
Movimiento molecular.
1. Cuál es la fórmula molecular de un compuesto de fórmula empírica CH que difunde 1,24 veces más lentamente que el criptón a la misma temperatura y presión ?
2. A cierta cantidad de átomos de helio le toma 10s para efundir a través de una barrera porosa. ¿ cuánto tiempo le tomará a la misma cantidad de moléculas de metano, CH4 para efundir en las mismas condiciones ?
3. Una muestra de gas argón efunde a través de un tapón poroso en 147 s. Calcule el tiempo requerido para que el mismo número de moles de a) CO2 b) C2H4 c) H2 d) SO2 efunda en las mismas condiciones de presión y temperatura.
5. Un hidrocarburo de fórmula empírica C2H3 tarda 349s en emanar a través de un tapón poroso; en las mismas condiciones de temperatura y presión, el mismo número de moléculas de argón emana en 210 s. ¿ Cuál es la masa molar y la fórmula molecular del hidrocarburo ?
ESTEQUIOMETRÍA DE GASES.
A. Ley de los volúmenes de combinación.
Enunciada por Gay-Lussac en 1808:
“En las reacciones químicas entre gases, la relación de volúmenes es constante y se puede expresar mediante números sencillos”
3H2 + N2 → 2NH3
3 volúmenes 1 volumen 2 volúmenes.
B. Ley de Avogadro. Volumen molar.
Fue enunciada por Avogadro en 1811 y establece que:
“Volúmenes iguales de todos los gases, a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas”
En consecuencia, la relación entre los volúmenes es la misma que la relación entre las moléculas.
3 H2 + 2N2 → 2NH3
Tres volúmenes de hidrógeno, H2, reaccionan con un volumen de nitrógeno, N2, porque cada moléculas de nitrógeno reacciona con tres moléculas de hidrógeno, para dar dos moléculas de amoníaco.
1. El óxido de calcio (CaO) es producido por descomposición térmica del carbonato de calcio (CaCO3). Calcule el volumen de CO2 producido a condiciones normales por la descomposición de 152 g de carbonato de calcio, de acuerdo a la reacción:
CaCO3(S) → CaO(s) + CO2(g)
Con las moles de carbonato de calcio se hallan las moles de dióxido de carbono a condiciones normales. No es necesario emplear toda la ecuación.
1,52 mol CO2 x 22,42L CO2 / 1 mol CO2 = 34,1 L CO2
2. Una muestra de gas metano tiene un volumen de 2,8 L a 25ºC y 1,65 atm es mezclado con oxígeno, el cual tiene un volumen de 35,0L a 31ºC y 1,25 atm..La mezcla es calentada para formar dióxido de carbono y agua. Calcular el volumen formado de CO2 a una presión de 2,5 atm y una temperatura de 125ºC.
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2 (g) + 2 H2O(g)
Moles de metano: 0,189 mol.
Moles de oxígeno: 1,750 mol
Reactivo límite: metano. Se forman 0,189 moles de CO2 con las cuales se puede calcular el volumen a las condiciones dadas.
Respuesta: 2,47 L de CO2
3. Calcular el volumen de O2, a condiciones normales, requerido para la combustión completa de 125g de octano (C8H18) a CO2 y H2O
4. Calcular las moles de oxígeno a 0ºC y 1atm de presión, requeridas para la combustión completa de
3,26 L de acetileno
2 C2H2(g) + 5 O 2(g) → 4 CO2(g) + 2 H2O(l)
acetileno
5. El acetileno se puede obtener a partir del metano mediante la siguiente reacción:
CH4(g) → C2H2(g) + H2(g)
En la reacción de 32 L de metano se obtiene un volumen total de gases (a 727ºC y 2atm) correspondiente al acetileno e hidrógeno formados y a un 90% en volumen de metano sin reaccionar. Calcule el volumen de acetileno producido .
6. A 1000ºC y 1,0 atm la reacción de obtención de acetileno alcanza su máximo rendimiento, puesto que los productos de descomposición ( H2 y C ) corresponden únicamente al 5%. Calcule el volumen de acetileno y de hidrógeno producidos al hacer reaccionar 250 L de metano en estas condiciones.
2CH4 → C2H2 + 3H2
C2H2 → 4H2 + 2C (5%)
7. Por combustión de propano con suficiente cantidad de oxígeno se obtienen 300 litros de CO2 medidos a 97.248 Pa y 285 K. Calcular:
a) Número de moles de todas las sustancias que intervienen en la reacción.
b) Número de moléculas de agua obtenidas.
c) Masa de propano que ha reaccionado.
d) Volumen de oxígeno necesario, en condiciones normales, suponiendo que la composición volumétrica del aire es 20% de oxígeno y 80% de nitrógeno. C3H8 = 44 g/mol.
TAREA de autoevaluación. Nº 7. tema del Sexto quizz 5%.. concepto de pendiente aplicado a la ecuación de gases ideales.
1. Represente una gráfica del volumen en función de la temperatura para 1,0 mol de gas, indicando las curvas para presiones de entre 11.000 atm y 15.000 atm en incrementos de
1000 atm para T = 0 K a 400 K.
a) cuál es la expresión para la pendiente de cada una de estas líneas ?
b) Cuál es la ordenada en el origen de cada una ?
Si se adicionan 10 moles más, cuál es la presión para cualquiera de los puntos representados en la gráfica.
Solución.
Se emplea PV = nRT
Graficando P en función de temperatura, la pendiente es nR / P
2. Represente una gráfica de la presión en función de la temperatura para 1,0 mol de gas, indicando las curvas para volúmenes de entre 0,01L y 0,05L en incrementos de 0,01L para T = 0K a 400 K.
c) cuál es la expresión para la pendiente de cada una de estas líneas ?
d) Cuál es la ordenada en el origen de cada una ?
Si se adicionan 10 moles más, cuál es el nuevo volumen para cualquiera de los puntos representados en la gráfica.
Solución.
Se emplea PV = nRT
Graficando P en función de temperatura, la pendiente es nR / V
TAREA de profundización Nº 8 diagrama de flujo de presión
ASPECTOS GENERALES DE PRESIÓN
Equipos empleados para producir presiones.
Autoclaves Hasta 5000 atmósferas: mediante el empleo de un exprimidor en el cual una muestra de la sustancia se comprime entre yunques. El límite superior sólo puede alcanzarse a temperatura ambiente. Cuanto menor sea la muestra mayor será el empuje.
Bombas,compresores. Presiones estáticas 30 Kb. El pistón es accionado por un sistema de émbolo hidráulico provisto de aceite de 700 bares, los cuales pueden ser convertidos en 100Kb y más.
Métodos gravitatorios. mediante una columna de líquido en un tubo vertical. El empleo corriente de la palabra hidrostática para describir estas presiones resulta ambiguo y confunde las presiones producidas por una columna vertical de sustancia, esto es, las presiones gravitatorias, con presiones en las que la fuerza se ejerce por igual en todas las direcciones, esto es, presiones isotrópicas.
Presiones naturales.
Presiones gravitatorias en función de la altura. Un tubo de agua de 100 m de altura, dará en su extremo inferior una presión de 9,8 bares; el mismo tubo de mercurio dará una presión de alrededor de 133 bares; pero aún para estas presiones el tubo resulta inadecuadamente alto. La mayor presión de una columna líquida se alcanzó con mercurio, a una altura de 270m, alcanzándose presiones de 370 bares (370 atm).
Métodos térmicos de producción de presión. Para la producción de presiones altas en pequeña escala son asequibles numerosos métodos que se basan en los cambios de presión o volumen que acompañan a los cambios de energía térmica. Las presiones que se producen en oposición a la expansión térmica pueden conseguirse, por ejemplo, encerrando un líquido en un vaso a temperatura baja, y calentando luego a temperatura alta. Por medio de este método se pueden obtener presiones de 1 Kbar. Estas presiones se han alcanzado con recipientes lo suficientemente fuertes a 0ºC de temperatura inicial y 95ºC de temperatura final, suponiendo que el recipiente no sufre expansión térmica, ni dilatación bajo esfuerzo. De hecho, estos dos últimos efectos están siempre presentes y reducen la presión producida.
Nosotros vivimos inmersos en fluidos.
La atmósfera que ejerce sobre nosotros una presión llamada presión atmosférica. Esta presión, según el principio fundamental de la hidrostática varía, siendo mayor a nivel del mar que en una montaña. Torricelli (1643) fue el primero que logró medir la presión atmosférica mediante un curioso experimento consistente en llenar de mercurio un tubo de 1m de largo ( cerrado por uno de sus extremos) e invertirlo sobre una probeta llena de mercurio. Sorprendentemente la columna de mercurio descendió unos centímetros permaneciendo estática a unos 76cm (760 mm) de altura, atmósfera nitrógeno (78%) y oxígeno ( 21%).
La columna de aire ( atmósfera) es de 40 Km, y ésta ejerce una presión que equivale al ascenso de 76 cm de mercurio. Es asombroso ver como una diferencia de densidades hace que un pequeño volumen de mercurio de 76 cm iguale una presión de una colunma de aire de 40 Km.
Patm =d Hg x H hg = 13,6 g/ cm3x 76 cm =1033,6 g/ cm2 = 101,293 N/m2= 101.293Pa.
Presión en el centro de la tierra: 4 x 106 bares, y en el interior de otros cuerpos astronómicos representa las presiones estáticas naturales más altas.
Presión en los océanos. Se alcanzan presiones de hasta 1Kbar. Sin embargo no se ha hecho uso de ellos y las presiones de 1Kbar se producen mediante bombas.
Riesgos de alta presión
↓
Un sistema que se comprime es un sistema que almacena energía. Dicha energía depende de la muestra que está siendo sometida al proceso de compresión . Obviamente la energía almacenada depende del volumen. La energía almacenada en líquidos comprimidos es mayor que en sólidos. Un recipiente con 1L de agua a 0ºC comprimido a 1 Kb presenta una energía almacenada de unos 4Kj. Los riegos de mayor magnitud se encuentran en el trabajo a presión alta con gases.
Energía almacenada en gases comprimidos. La peligrosidad está dada en la proporción de energía almacenada.
Si se tienen 4200 L con una presión de un bar, y estos se comprimen hasta 35 L con una presión muy superior, igual a 120 bares, en el sistema queda almacenada una cantidad de energía igual a 2000 Kj.
A unos pocos kilobares los gases, o sea los fluidos a temperatura muy por encima de su temperatura crítica, representan un almacenaje de energía peligrosamente grande.
Deben tomarse precauciones contra la expulsión de válvulas de varilla, ventanas de observación y conexiones de tubería, que pueden ser proyectadas como si las disparase un arma de fuego.
Los líquidos pueden usarse en sistemas de prensa hidráulica sin riesgo excesivo. El equipo de presión con mayor peligro potencial es la caldera de vapor para producción de fuerza motriz.
Presión en fluidos.
↓
Los gases y líquidos ejercen presión en todas las direcciones sobre el recipiente que los contiene y sobre los cuerpos contenidos en su interior. Estas fuerzas actúan siempre perpendicularmente a las superficies.
El estudio de estas fuerzas fue realizado por Blas Pascal (1623-1662) quien realizó importantes contribuciones a la hidrodinámica e hidrostática. Sus contribuciones prácticas fueron la invención de la jeringa y la prensa hidráulica.
De acuerdo al principio de Pascal si en un punto de un fluido se ejerce una presión, ésta se transmite de forma instantánea y con igual intensidad en todas las direcciones.
Principio fundamental de la hidrostática. La presión ejercida por un fluido de densidad d en un punto situado a una profundidad h de la superficie es numéricamente igual a la presión ejercida por una columna de fluido de altura h , cuya proporción se describe mediante la ecuación:
La atmósfera que ejerce sobre nosotros una presión llamada presión atmosférica. Esta presión, según el principio fundamental de la hidrostática varía, siendo mayor a nivel del mar que en una montaña. Torricelli (1643) fue el primero que logró medir la presión atmosférica mediante un curioso experimento consistente en llenar de mercurio un tubo de 1m de largo ( cerrado por uno de sus extremos) e invertirlo sobre una probeta llena de mercurio. Sorprendentemente la columna de mercurio descendió unos centímetros permaneciendo estática a unos 76cm (760 mm) de altura, atmósfera nitrógeno (78%) y oxígeno ( 21%).
La columna de aire ( atmósfera) es de 40 Km, y ésta ejerce una presión que equivale al ascenso de 76 cm de mercurio. Es asombroso ver como una diferencia de densidades hace que un pequeño volumen de mercurio de 76 cm iguale una presión de una colunma de aire de 40 Km.
Patm =d Hg x H hg = 13,6 g/ cm3x 76 cm =1033,6 g/ cm2 = 101,293 N/m2= 101.293Pa.
Presión en el centro de la tierra: 4 x 106 bares, y en el interior de otros cuerpos astronómicos representa las presiones estáticas naturales más altas.
Presión en los océanos. Se alcanzan presiones de hasta 1Kbar. Sin embargo no se ha hecho uso de ellos y las presiones de 1Kbar se producen mediante bombas.
Riesgos de alta presión
↓
Un sistema que se comprime es un sistema que almacena energía. Dicha energía depende de la muestra que está siendo sometida al proceso de compresión . Obviamente la energía almacenada depende del volumen. La energía almacenada en líquidos comprimidos es mayor que en sólidos. Un recipiente con 1L de agua a 0ºC comprimido a 1 Kb presenta una energía almacenada de unos 4Kj. Los riegos de mayor magnitud se encuentran en el trabajo a presión alta con gases.
Energía almacenada en gases comprimidos. La peligrosidad está dada en la proporción de energía almacenada.
Si se tienen 4200 L con una presión de un bar, y estos se comprimen hasta 35 L con una presión muy superior, igual a 120 bares, en el sistema queda almacenada una cantidad de energía igual a 2000 Kj.
A unos pocos kilobares los gases, o sea los fluidos a temperatura muy por encima de su temperatura crítica, representan un almacenaje de energía peligrosamente grande.
Deben tomarse precauciones contra la expulsión de válvulas de varilla, ventanas de observación y conexiones de tubería, que pueden ser proyectadas como si las disparase un arma de fuego.
Los líquidos pueden usarse en sistemas de prensa hidráulica sin riesgo excesivo. El equipo de presión con mayor peligro potencial es la caldera de vapor para producción de fuerza motriz.
Presión en fluidos.
↓
Los gases y líquidos ejercen presión en todas las direcciones sobre el recipiente que los contiene y sobre los cuerpos contenidos en su interior. Estas fuerzas actúan siempre perpendicularmente a las superficies.
El estudio de estas fuerzas fue realizado por Blas Pascal (1623-1662) quien realizó importantes contribuciones a la hidrodinámica e hidrostática. Sus contribuciones prácticas fueron la invención de la jeringa y la prensa hidráulica.
De acuerdo al principio de Pascal si en un punto de un fluido se ejerce una presión, ésta se transmite de forma instantánea y con igual intensidad en todas las direcciones.
Principio fundamental de la hidrostática. La presión ejercida por un fluido de densidad d en un punto situado a una profundidad h de la superficie es numéricamente igual a la presión ejercida por una columna de fluido de altura h , cuya proporción se describe mediante la ecuación:
P = d g h
Al sustituir los datos numéricos se deben expresar en las unidades del sistema internacional. Es importante establecer que en esta ecuación no se expresa el volumen que está ejerciendo la presión, únicamente su altura o profundidad. Por ejemplo, Si se quiere calcular la presión que existe en un punto dado situado bajo la superficie del mar, no se tendrá en cuenta el volumen del mar , únicamente su altura.
Ejemplo:
Calcular la presión que existe en un punto situado a 10 m bajo la superficie del mar, sabiendo que la densidad del agua de mar es 1,03 g/cm3.
g 1Kg 106 cm3 Kg
1,03 _____ . _____ . _____ = 1,03.103 _______
cm3 103g 1 m3 1 m3
Kg 10 m
P = d g h = 1, 03. 103 ____ ____ 10 m = 1,03 .105 Pa
m3 s2
A diferencia de un problema donde se calcule la presión de un peso dado de sustancia, en este caso la presión que ejercería un volumen de gas, aquí solamente se tiene una altura, para calcular la presión en “un punto”. Si convertimos los kilogramos que ejercerán la fuerza en este punto, se tiene:
1,03 .105 Pa . 1 Kilo = 1,03 Kg
105 pascales
Si se recuerda el origen de esta igualdad, el kilogramo se refiere a la fuerza aplicada sobre 1 cm2.
Presión atmosférica.
1 Atm = 760 mmHg = 760 torr = 101,325 Pa = 101,325 N / m2
1 bar = 0,9869 atm ; 1 Kg /cm2 = 0,9678 atm.
Efecto de la presión sobre reacciones químicas y equilibrio.
↓
Los intervalos de presiones altas se han empleado en la industria química para acelerar reacciones y desplazar equilibrios. Sin embargo estas presiones consideradas altas sólo corresponden al extremo más bajo de las presiones que se pueden alcanzar ( centenares de atmósferas) El interés por lograr la síntesis de diamantes ha hecho que se busque trabajar en el intervalo de presiones ultra-alto.
Efecto de la presión sobre sólidos
↓
Uno de los empleos industriales en el campo de la metalurgia es conferir al hierro una dureza excepcional por compresión y una ductilidad extraordinaria estirándolos a través de una matriz mientras el metal está bajo presión hidrostática.
Otro de los campos es el estudio de detonaciones y las ondas de choque, las cuales pueden ocasionar presiones instantáneas del hasta 5`000.000 atm.
Estudio de las sales fundidas bajo presión.
El estudio del polimorfismo se ha enriquecido grandemente con el trabajo a presión alta . Se ha encontrado la aparición de un cierto número de formas cristalinas de cualquier sustancia bajo presion, pero a excepción del diamante y el borazón la mayoría de las formas cristalinas son inestables al quitar el efecto de dicha presión.
Se presentan fenómenos especiales cuando la estructura electrónica de los sólidos es afectada por la presión, y se observan frecuentemente cambios en la resistencia.
Con semiconductores es posible disminuir el hueco energético a medida que se condensa la estructura. Un sólido puede convertirse en metal a presiones suficientemente altas. Por ejemplo, el yodo y el fósforo pueden convertirse en formas metálicas requiriendo
Efecto de la presión sobre líquidos
↓
El estudio de soluciones acuosas queda limitado a presiones de aproximadamente 10.000 atm a la temperatura ambiente debido a la solidificación del disolvente a presiones superiores.
Se conoce el comportamiento de equilibrio de ácidos y bases a las condiciones arbitrarias de la superficie terrestre, pero se adelantan estudios en los cuales se revisa el cambio de estructura y propiedades electroquímicas de las soluciones, de los electrolitos de los ácidos y bases. Al respecto se ha encontrado que el amoníaco es una base fuerte a presiones altas.
Efecto de la presión sobre cambios de fase.
↓
Algunos de los efectos más impresionante de los metales son los cambios de fase que ocurren sin la modificación de la estructura del cristal, aun cuando haya cambios de volumen y de resistencia; estos cambios se cree que se originan a partir de una redistribución electrónica en la estructura de las bandas. En el cesio, por ejemplo, se cree que un electrón 6s se convierte en 5d, y el metal bajo presión puede considerarse como una nueva forma química de cesio, llamada a veces un isómero electrónico.
Las propiedades de transporte son enormemente afectadas por la presión. Se ha sugerido que se podría usar un crisol de un líquido refractario a presión alta, ya que la viscosidad sería tan grande que el flujo sería imperceptible. Es posible que los enlaces químicos se rompan a temperatura ambiente cuando se consigan presiones estáticas por encima de un millón de atmósferas.
