Conferencia 1 Y 2. Actividad Y Coeficiente De Actividad.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

FISICOQUÍMICA II UNIDAD I - CONFERENCIA No. 1

• Presentación de la Asignatura • Introducción • Actividad y Coeficiente de actividad iónico medio en los electrolitos.

Ing. Javier Pavón

IIS-2018

Enero 14, 2019

UNIVERSIDAD NACIOONAL DE INGENIERIA NOVIEMBRE DE 2018

CALENDARIO ACADEMICO 2019 APROBADO POR EL CONSEJO UNIVERSITARIO El Consejo Universitario de la Universidad Nacional de Ingeniería en el uso de las Facultades que le otorga la Ley 89, Ley de Autonomía de las Instituciones de Educación Superior de Nicaragua y el marco jurídico de la Universidad Nacional de Ingeniería, Considerando: Primero: Que por causa fortuita, el II semestre del año 2018 deberá realizarse en el primer trimestre del año 2019. Segundo: Que para poder regularizar los años lectivos después del 2019, es menester finalizar el segundo semestre del año 2019 no más allá de la tercera semana de febrero. Tercero: Que para lograr finalizar el segundo semestre correspondiente al año 2019 es necesario realizar ajustes en el tiempo de duración de los semestres desarrollados en él. Cuarto: Que los estudiantes del turno nocturno por razones de seguridad no pueden salir de la universidad más allá de la 08:15 PM y que se hace necesario realizar una organización especial de la carga académica por esta misma situación. Acuerda aprobar: 1. La realización del segundo semestre de 2018 en doce semanas efectivas de clase con evaluaciones incluidas, con dos semanas de evaluaciones extraordinarias. 2. Que las evaluaciones parciales sean acumulativas durante el período de clases en el semestre que correspondía al 2do. semestre del 2018 3. Que los semestres I y II del año lectivo 2019, sean de 16 semanas con 15 semanas efectivas de clase, destinando la décimo sexta semana para evaluaciones finales de segundo parcial sin clase. 4. La adición a los dos semestres del 2019 de las dos semanas de evaluaciones extraordinarias que regularmente se contemplan en cada semestre, Primera Convocatoria y Convocatoria extraordinaria.

UNIVERSIDAD NACIOONAL DE INGENIERIA NOVIEMBRE DE 2018

5. Desarrollar el turno nocturno durante la semana de 5:50 pm a 8:15 pm. con 70 minutos cada período con 5 minutos de intermedio, pudiendo completar en Sábado en horarios a ser definidos por las facultades y/o en línea, el tiempo no impartido durante la semana. 6. Que la carrera de Ingeniería y Economía de Negocios que por su naturaleza se rija por el calendario académico que la Facultad de Tecnología de la Industria aprueba. 7. Ratificar el Calendario Académico de 2019 de las Sedes Estelí, Recinto Universitario Augusto Cesar Sandino y Sede Juigalpa, Chontales, UNI Central. 8. Ratificar el Calendario académico de 2019 del Programa UNI-IES 9. Aprobar el Calendario académico 2019 para el RUSB y RUPAP.

CALENDARIO ACADEMICO PARA EL AÑO 2019 EVENTOS ACADEMICOS

DURACION

INICIA

FINALIZA

316 días

vie 04/01/19

vie 21/02/20

Aplicación del examen de admisión

2 días

vie 04/01/19

sáb 05/01/19

Procesamiento de los resultados

5 días

lun 07/01/19

vie 11/01/19

Presentación de resultados y matricula de curso propedéutico y Nivelación para nuevo ingreso

5 días

lun 14/01/19

vie 18/01/19

Curso propedéutico, inducción y Nivelación para primer ingreso.

52 días

lun 21/01/19

vie 22/03/19

SEGUNDO SEMESTRE 2018

82 días

lun 14/01/19

vie 26/04/19

Clases del II Semestre del primer parcial incluyendo evaluación parcial.

36 días

lun 14/01/19

sáb 23/02/19

Período de Retiro de Matrícula de asignaturas y Confirmación de asignaturas

10 días

lun 14/01/19

jue 24/01/19

Clases del II Semestre del segundo parcial incluyendo evaluación parcial

36 días

lun 25/02/19

sáb 06/04/19

Primera convocatoria

5 días

lun 08/04/19

vie 12/04/19

Convocatoria extraordinaria

5 días

lun 22/04/19

vie 26/04/19

CALENDARIO ACADEMICO DEL 2019

Objetivos de la Asignatura de Fisicoquímica II 1. Conocer los fundamentos teóricos y las aplicaciones prácticas de la Electroquímica tanto en lo que se refiere al sistema en equilibrio como a sistemas dinámicos. 2. Resolver problemas prácticos de ingeniería aplicando los conocimientos adquiridos. 3. Tener más interés en aprender nuevos aspectos de la disciplina, respetar cooperación en trabajos de equipo, para convertirse en un profesional preparado y responsable.

Plan Temático Unidad

Tema

Conf.

I

Equilibrio Electroquímico

II

Sem.

C.P.

Lab.

10

12

4

Generalidades de electroquímica dinámica

10

10

4

III

Procesos en los electrodos

8

10

4

IV

Procesos electródicos de interés tecnológico

6

10

4

Sistema de Evaluación NOTA FINAL

I CONVOCATORIA

SISTEMÁTICO

25% EXAMEN

SEMINARIO

15%

REP. LAB.

20%

CP

40%

SISTEMÁTICOS*

*Proporcional a los Sistemáticos y CP

II CONVOCATORIA

70% EXAMEN 30%

100%

Bibliografía Textos Básicos: Atkins, P.W (1991): Fisicoquímica. Addison-Wesley Iberoamericana, 3ra edición, USA. Levine, Ira (2004):Fisicoquímica, Volumen 2. McGraw-Hill/Interamericana, 5ta edición, España. Maron, S. y Prutton, C (2001): Fundamentos de Fisicoquímica. Limusa, 2da edición, México.

Textos Complementarios: Chan, R. (2008). Fisicoquímica, McGrawHill/Iberoamericana, 3ra edición, México. Castellan, G. W (1998). Fisicoquímica, 2da edición, Addison-Wesley Longman de México.

Tener en cuenta • Reglamento de Régimen Académico • Código de Ética y conduta

Los siguientes artículos son importantes

Trabajaremos en la NUBE Compartiré un link y a través del mismo accederán a la información

https://1drv.ms/f/s!Aslr91yp4a5ql1RL9TeWaa0Cuijb

Y… Si no tengo inconvenientes con la Plataforma Institucional, ahí subiré archivos también

Unidades SI básicas Cantidad fundamental Longitud Masa Tiempo Corriente eléctrica Temperatura Cantidad de sustancia Intensidad luminosa

Nombre de la unidad metro kilogramo segundo ampere kelvin mol candela

Símbolo m kg s A K mol cd

Prefijos utilizados con unidades SI Prefijo Símbolo Significado TeraGigaMegaKilo-

T G M k

1012 109 106 103

DeciCentiMilliMicroNanoPico-

d c m

10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12

m n p

Cifras significativas •Cualquier dígito que no es cero es significativo 1.234 kg

4 cifras significativas

•Los ceros entre los dígitos no cero son significativos 606 m

3 cifras significativas

•Los ceros a la izquierda del primer dígito no cero no son

significativos 0.08 L

1 figura significativa

•Si un número es mayor que 1, entonces todos los ceros a la derecha del punto decimal son significativos 2.0 mg

2 cifras significativas

•Si un número es menor que 1, entonces sólo los ceros que están al final y en medio del número son significativos 0.00420 g 3 cifras significativas

Exactitud: cuán cercana está una medición del valor real de la cantidad medida. Precisión: cuánto concuerdan dos o más mediciones de una misma cantidad.

exactitud y precisión buenas

exactitud deficiente y buena precisión

exactitud y precisión deficientes 1.8

Un lote de muestras de agua potable presenta los siguientes datos: Lote #1: 0.0, 0.05, 0.007, 0.9, 0.88, 1.7, 1.88, 1.0, 0.9, 0.4 Lote#2: 1.1, 1.2, 1.0, 2.0, 1.5, 0.2, 0.8, 0.9, 0.7, 1.0 Lote#3: 0.0, 0.5, 0.5, 0.1, 0.7, 0.8, 0.3, 0.2, 0.6, 0.7 Dónde 0.5-1.0mg/L es el valor recomemdado. Determine gráficamente su exactitud o precisión.

•

Objetivos 1. Conocer los fundamentos teóricos de la Teoría de disociación electrolítica. 2. Adquirir los conocimientos básicos sobre Actividad y Coeficiente de actividad y aplicarlos en la resolución de ejercicios.

I. Introducción Objetivo de la Electroquímica Moderna: Estudiar el comportamiento de los iones y moléculas, y sus reacciones en ambientes donde puede haber transferencia de electrones.

Aplicaciones: Celdas electroquímicas, membranas biológicas, catálisis corrosión Teoría de la disociación electrolítica Los iones se encuentran en las soluciones en movimiento caótico, en un estado análogo al gaseoso.

No considera las interacciones electrostáticas entre los iones en la solución

Electrólitos Débiles

Electrólitos débiles son aquellos en los que el grado de disociación () es  0.05, donde  es:



Moléculas o moles disociados Moléculas ó moles totales de electrólit o

Disolución Ideal se asocia a la no existencia de interacciones soluto-solvente como consecuencia del proceso de disolución.

Disoluciones a Dilución infinita. (m0)

Para comprender el comportamiento de los iones en una solución, se debe considerar: 1) Los iones tienen interacciones electrostáticas que actúan a grandes distancias (fuerzas coulómbicas ).

K Q1Q2 F r2 Donde: F = fuerza (N) K = 9 x 109 N·m2/C2 Q1Q2 = cargas eléctricas (C) r2 = distancia al cuadrado (m2)

Ejemplo: Se tienen dos esferas cargadas eléctricamente con 4x10-8 C y –2.3x10-7 C respectivamente y están separadas 35 cm en el aire. Calcular la fuerza eléctrica de atracción entre ellas.

K Q1Q2 F r2 F





9 109 N  m 2 /C 2 4 108 C  2.3 107 C

F = 6.80x10-4 N

0.35m 2



2) Si están presentes diferentes fases, por ejemplo, un electrodo sumergido a una solución del electrólito, cada fase tiene un potencial eléctrico diferente.

mCu(s)

Cu(s)

mCu(s)  mCu(soln) Cu2+ + H 2SO4

mCu(soln)

II. Actividad y Coeficiente de actividad. 2.1 Soluciones Reales y Actividades Un sistema sigue la ley de Raoult (para el solvente puro) y la ley de Henry (para el soluto) cuando: Solución diluida (Ley de Henry)

Según Raoult:

pA xA  o pA

pA

KA

Desviación de la Ley de Raoult

Desviación de la Ley de Henry

p°A

Según Henry:

pA = KA · xA 0

xA

1

Solución ideal (ley de Raoult)

La forma general del potencial químico de un solvente o un soluto es:

m A( l )  m

o A( l )

 pA   RT ln  o   pA 

Ideal

m A( l )  m

o A( l )

No ideal

 RT ln x A

Si xA = 1, entonces:

m A(l )  m Ao (l )

m A(l )  m Ao (l )  RT ln a A Donde,

pA aA  o pA

2.2

Coeficiente de Actividad (g)

aA = gA . xA La Actividad es una concentración corregida y El Coeficiente de Actividad es un número que expresa el factor de actividad de una sustancia en su concentración molar. En las soluciones, el concepto de actividad se aplica a solventes y solutos, éstos últimos volátiles o iónicos. Mientras que el coeficiente de actividad se aplica a átomos y moléculas en estado: sólido (aleaciones), líquido (soluciones y amalgamas) y gaseoso (fugacidad).

En el caso de que xA1 (el solvente puro): gA1 y el potencial químico del solvente es:

m A  m  RT ln aA  m  RT ln xA  RT ln g A o A

o A

Según Raoult

Desviación

Tópicos para el siguiente día: • Estado Estándar de una solución electrolítica. • Teoría de Debye-Hückel. • La Fuerza Iónica.

Ejercicio 1: Usar los datos de la siguiente tabla para calcular la actividad (aA) y el coeficiente de actividad (gA) del solvente. La presión de vapor de agua * estándar a 25C ( p A ) corresponde a p cuando m = 0. m (sacarosa), [mol/kg]

0.000

0.200

0.500

1.000

2.000

p (agua) [mm Hg]

23.75

23.66

23.52

23.28

22.75

pA aA  * pA

aA gA  xA

mA 55.494 xA   mA  mB 55.494  msacarosa

Comportamiento de la actividad (a) y el coeficiente de actividad (g) del agua en función de su fracción molar (xA) 1.005

1.000 0.995 0.990 0.985 0.980 0.975 0.970

0.965 0.960

1.005

1.000

0.995

0.990

0.985

0.980 XA

0.975

0.970

0.965

0.955 0.960

a g

Ejercicio 2: • Determinar la actividad (a) y el coeficiente de actividad (g) para el solvente, cuando se tiene una solución de 0.5 kg de agua con urea (PM = 60 g/mol) utilizando los datos de la tabla siguiente. Urea [g]

0

5

50

100

250

500

p (agua) [mm Hg]

23.75

23.65

23.00

22.00

20.00

15.00

• Graficar los datos de actividad (a) y el coeficiente de actividad (g) del solvente en función de la masa del soluto. • Comente los resultados.

Gráfico de a y g del solvente en función de la masa del soluto 1.00 0.90

0.80 0.70

a

0.60

g

0.50 0.40 0.30 0

100

200

300

Urea (g)

400

500

600

Ejercicio 3: • Determinar la actividad (a) del solvente y del soluto cuando se tiene una solución de 2.0 kg de agua con Al(OH)3 de acuerdo a los datos de la tabla siguiente. Al(OH)3 [g]

0

25

75

120

g

1.000

0.997

0.991

0.985

• Graficar los datos de actividad (a) del soluto y el solvente en función del coeficiente de actividad (g). • Comente los resultados.

mA xA  mA  mB

aA = gA . xA

Gráficos de a del solvente y del soluto en función del coeficiente de actividad (g) a solvente

a soluto 1.010

0.016 0.014

1.000

0.012 0.010

0.990

0.008 0.006

0.980

0.004 0.002

1.005

1.000

0.995 0.990 0.985 Coeficiente de actividad

0.970 0.980

1.005

1.000

0.995 0.990 Coeficiente de actividad

0.985

0.000 0.980