SOLUCIÓN

1. Para cada uno de los sistemas en equilibrio, calcule el número de grados de libertad L y elija de forma razonable sus variables intensivas independientes (prescinda considerar la ionización del agua): SOLUCIÓN: disolución acuosa de fructosa y ribosa L = 3 – 1 + 2 = 4 (T, P, xfructosa y xribosa) una disolución acuosa de ribosa L = 2 -­‐1 + 2 = 3 (T, P, xribosa) ribosa sólida, fructosa sólida y una disolución de ribosa y fructosa. L = 3 -­‐3 + 2 = 2 (P, T) 2. El punto de ebullición normal del CS2 es 319,4 K. EsIme los valores de ΔvapHm y ΔvapSm del CS2 a la temperatura normal uIlizando la regla de Trouton; (b) la regla de Trouton-­‐Hildebrand-­‐EvereO. SOLUCIÓN ΔvapSm ≈ 21 cal/mol-­‐K = 87 J/mol-­‐K ≈ ΔvapHm / (319.4K), y ΔvapHm ≈ 6.7 kcal/mol = 28 kJ/mol. ΔvapSm ≈ 4.5 R + R ln 319.4 = 20.4 cal/mol-­‐K = 85.4 J/mol-­‐
K ≈ ΔvapHm / (319.4K) y ΔvapHm ≈ 6.52 kcal/mol = 27.3 kJ/
mol 3. El calor de fusión del Hg en su punto de fusión normal, -­‐38.9°C, vale 2.82 cal/
g. Las densidades del Hg (s) y del Hg (l) a -­‐38.9°C y una atmósfera son 14,193 y 13,690 g/cm3, respecTvamente. Calcule el punto de fusión del Hg a 1000 atmósferas. Nota: para un gramo, ΔfusV = (1g)/(13,690 g/cm3 – (1g)/(14,193 g/
cm3) = 0.00259 cm3 SOLUCION: ΔfusS ΔfusH P2 -­‐ P1 ≈ -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐ (T2 -­‐ T1) = -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐ (T2 -­‐ T1) ΔfusV T1 ΔfusV Por lo tanto: (T2 -­‐ T1) = T1 (P2 -­‐ P1) ΔV / ΔH 0.00259 cm3 1.987 cal (T2 -­‐ T1) = (234.25K) -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐ 999 atm -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐ = 5.20K 2.82 cal 82.06 cm3 atm T2 = 234.25K + 5.20K = 239.45 K = -­‐33.7°C 4. Algunos valores de la presión de vapor del CO2 sólido son:
T/˚C
P/torr
-120.0
9.81
-110.0
34.64
-100.0
104.81
-90.0
279.5
Calcule el valor promedio de ΔHm de sublimación en este intervalo de temperatura.
SOLUCIÓN:
La representación de ln (p/torr) frente a 1/T tiene una pendiente -ΔHm / R
Ln p/torr
103/T K-1
2.283
6.5295
3.544
6.1293
4.6521
5.7753
5.6330
5.4600
Y = -3132.4X +22.74
La representación lineal es lineal con una pendiente (5.82-2.08)/0.0054-0.0066) K-1 = -3,120K = ΔHm / 8.3145 J/mol-K y ΔHm = 25.9 kJ/mol = 6.20 kcal /mol.
5. El punto de congelación de una disolución de 2.0 g de maltosa en 98.0 g de agua es -­‐0.112K. EsTme el peso molecular de la maltosa. SOLUCIÓN: m = -­‐ΔTf / kf = (0.112K) / (1.860 K kg/mol) = 0.0602 mol/kg m = ni / WA = 0.0602 mol/kg / (0.0980 kg) ni = 0.00590 mol de maltosa wi 2.00 g Mi = -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐ = -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐ = 339 g/mol ni 0.00590 mol SOLUCION EXAMEN TEORICO 1. En el arZculo “The Use and Misuse of the the Laws of thermodynamics” ¿Porqué la entropía no puede considerarse como el “grado de desorden” en general y porqué este concepto es válido, como tal, en 3 condiciones específicas? ¿Cúales son? ¿Qué es la Entropía estricta y conceptualmente hablando y cómo se expresa desde el punto de vista de la Mecánica EstadísTca? La entropía se considera como el “grado de desorden” solo en tres casos parIculares: a. en una mezcla de gases perfectos, b. mezcla de isótopos, c. cristales a temperaturas cercanas al cero absoluto. La entropía se define, entonces como una fuerza motriz que permite que las reacciones químicas ocurran en el universo a ciertas temperaturas, esta es siempre posiIva. Un cambio de entropía ocurre cuando un cuerpo aislado se mueve espontáneamente hacia el equilibrio y siempre tendrá un valor posiIvo. La Termodinámica EstadísIca la define como la energía que hace posible que un cuerpo aislado ocupe el mayor número de estados propios independientes a los cuales Iene acceso. Ecuación S = kB Ln W Donde, kB es la constante de Boltzmann W es el número de microestados en los que se pueden acomodar las moléculas del sistema para alcanzar la misma energía total. 2. ¿Qué es el potencial químico y para que sirve en cuesTones de reacTvad en Química? ¿Cómo son los valores de este potencial químico en sólidos, líquidos y gases con respecto a la temperatura? El potencial químico es la variación molar de la energía de Gibbs, la diferencia de potenciales químicos es la fuerza motriz en procesos químicos. El potencial químico es mayor para los gases, intermedio para los líquidos y bajo para los sólidos. 3. ¿Qué es el equilibrio y como debe ser el potencial químico en cada uno de los consTtuyentes del sistema? El equilibrio material significa que en cada fase de un sistema cerrado, el número de moles de cada sustancia no varía a lo largo del Iempo. Para que un sistema se encuentre en equilibrio, el potencial químico de cada consItuyente debe ser el mismo en cualquier parte del sistema. Este se divide en equilibrio químico y equilibrio de fases. El equilibrio Químico (de reacción), es el equilibrio con respecto a la conversión de un conjunto de especies químicas en otro conjunto. El equilibrio de fases, es el equilibrio con respecto al transporte de materia entre las fases del sistema sin conversión de una especie en otra. 4. En el diagrama de fases del azufre se dice que cambia de un sistema ortorrómbico a monoclínico si la velocidad es baja, pero si la velocidad es muy grande solo obtengo líquido. Con base en este diagrama explique. Esto es porque el cambio de fase de sólido a sólido debe llevarse a cabo a baja velocidad para que la fase monoclínica se forme y sea estable, a altas velocidades paso de fase sólida a líquida y no hay Iempo para que se forme la fase monoclínica. 5. En el siguiente diagrama ternario, diga que concentraciones porcentuales hay de A, B, C en los puntos D, E y F. D) A= 30%, B =20%, C=50% E) A= 40%, B= 40%, C= 20% F) A= 20%, B=60%, C=20%