Fisico-Quimico

fisico-quimica

Se llama fisicoquímica a la parte de la química que estudia las propiedades físicas y estructura de la materia, las leyes de la interacción química y las teorías que las gobiernan. La fisicoquímica recaba primero todos los datos necesarios para la definición de los gases, líquidos, sólidos, soluciones y dispersiones coloidales a fin de sistematizarlos en leyes y darles un fundamento teórico. Luego se establecen las relaciones de energía en las transformaciones físicas y químicas y se tratan de predecir con que magnitud y con qué velocidad se producen, determinándose cuantitativamente los factores reguladores. En este sentido deben tomarse en cuenta las variables comunes de la temperatura, presión y concentración, sino además además los efectos de la interacción estrecha de la materia misma en cuanto a su naturaleza y estructura.

Para realizar este propósito la fisicoquímica se apoya ampliamente en la experimentación, cuyos métodos y técnicas desempeñan un papel tan importante como las leyes y métodos físicos y matemáticos. De hecho, podemos considerar  a esta ciencia como un campo en donde la fisica y las matematicas se aplican ampliamente al estudio y resolución de los problemas quimicos de interés fundamental. 

                                                  

                                                      

    En posesión de los datos necesarios, la fisicoquímica procede a correlacionarlos con fines teóricos en virtud de los dos métodos generales de ataque, que son el termodinámico y el cinético. En el primero se usan las leyes fundamentales de la termodinámica para obtener conclusiones basadas en las relaciones de energía que ligan las etapas iniciales y finales de un proceso. Evitando las etapas intermedias de los procesos, esto es la termodinámica nos permite obtener muchas deducciones válidas sin conocer los detalles particulares de aquellas. El enfoque cinético exige para su operación una descripción muy específica y detallada de los procesos y a partir del mecanismo postulado, es factible deducir la ley del proceso total y sus diferentes etapas. 

Un ejemplo de donde se aplica esta ciencia es la ebullición del agua, la química explica como el agua se evapora pero no explica en que tiempo se evaporo el agua, es ahí donde entra la física.

Otro ejemplo mas simple de la fisicoquímica podríamos encontrarlo en los globos aerostáticos, por que no es simplemente preguntar ¿porqué vuelan? (es en donde entraría la química), sino también tener en cuenta las circunstancias en la que vuela: como la temperatura en donde la vamos a volar, de que material es, de que tamaño es el globo, con que lo vamos a volar, etc. es lo que ve la fisicoquímica. Una repuesta simple que te da la química es la propiedad de los gases.

Ejemplo:

1. Problemas y Ejercicios Propuestos

1) Calcular las kilocalorías que se desprenden por la formación de 1 kg de ácido acético (CH3COOH) a 500 ºK

2C(s) + 2H2(g) + O2(g) ® CH3-COOH(l) D HºR = ?

Datos:

SUSTANCIA	Kcal/mol	Cp (cal/molºK)
CO2(g)	D Hºf = - 94.05
H2O(l)	D Hºf = - 68.32
CH3COOH(l)	D Hºf = - 208.3	28.
H2(g)		6.952
O2(g)		6.085
C(s)		1.760

Solución:

Determinamos el valor de D HR1, tomando en cuenta la siguiente reacción y aplicamos la ley de Hess, entonces:

CH3COOH(l) + 2 O2(g) ® 2 CO2(g) + 2 H2O(l)

Ahora calculamos D HR2, por lo que necesitamos D Cp

Entonces:

por lo tanto:

 

Considerando el valor de D HR2 el valor calculado tenemos, que:

Por lo tanto X = - 1,956,123.03 cal o sea D H = – 1,956 kcal es el valor que se desprende por la formación de 1 kg de ácido acético.

Temas:

Estados de agregación de la materia

Los estados de agregación en que se puede encontrar a la materia son tres:

• sólido
• líquido
• gaseoso

Cada uno de estos, tienen características específicas.
Sólido
Es fácil darse cuenta que un material es sólido:

• no se deforman a menos que se les haga algo,
• no se pueden comprimir,

• no se puede reducir su volumen apreciablemente, sin modificar la cantidad de materia,
• en la estructura molecular, se puede apreciar que las moléculas están unas al lado de las otras, unidas por grandes fuerzas de atracción entre ellas; el único movimiento que estan realizan es el de vibración.

Líquido
Características: 

• los líquidos fluyen;
• su forma depende del recipiente que los contiene;
• son muy poco compresibles;
• sus partículas tienen movimiento de traslación y vibración;
• sus partículas están separadas y desordenadas;

 

• as fuerzas de atracción entre ellas son menores que en el estado sólido, lo que explica la capacidad que tienen de mezclarse con las partículas de otro material;
• Viscocidad: es la resistencia que tiene un líquido más espeso, fluye más lento que otro, esto es porque sus partículas se deslizan con mayor dificultad.

Dentro de este estado tenemos las mezclas, que están compuestas por partículas líquidas y sólidas. Se lo puede clasificar como un estado intermedio entre sólido y líquido. Su comportamiento va a depender de la proporción de materiales que la componen. Ejemplo: mayonesa, yogur, crema.

Gaseoso

Sus características son muy diferentes a los estados anteriormente descriptos.

Características:

• tienen la propiedad de esparcirse con facilidad; se difunden en el espacio que los contiene; 

• no tienen volumen propio;
• no tienen forma propia;
• al mezclarse entre sí forman soluciones, mezclas homogéneas, se dice que se pueden mezclar en todas las proporciones. Ejemplo: oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono;
• son compresibles, debido al espacio improtante que hay entre sus moléculas.
  
  Teniendo en cuenta estas características, podemos describir a un gas observando cuatro variables:

• cantidad de gas;
• temperatura a la que se encuentra;
• presión a la que se encuentra;
• volumen que ocupa.

Reacciones químicas

Reacciones químicas

Éstas son cambios en los cuales una o más sustancias, a las cuales se las denomina reactivos, se transforman en otra u otras sustancias, llamadas productos.

Al conjunto de los reactivos, se lo denomina sistema inicial, y al conjunto de los productos, se lo denomina sistema final.

¿Podemos ver a simple vista si se ha producido una reacción química?

Sí, por ejemplo, cuando vemos efervescencia en algún líquido, o un cambio de color o presencia de precipitados, o la formación de una llama. También se producen reacciones químicas que no podemos ver.

Hay reacciones que se producen de forma natural (respiración, digestión), y otras que son provocadas para obtener algún beneficio (cocción de alimentos, o encender un fuego para calefaccionar).

Tipos de reacciones químicas

A las reacciones químicas se las puede clasificar de acuerdo a diferentes criterios.

Uno de los más amplios, las clasifica en dos grandes grupos:

·         Reacciones de combinación: dos o más reactivos se combinan para formar uno, dos o más productos.

·         Reacciones de descomposición: un solo reactivo origina dos o más productos de composición química más sencilla.

·         Reacciones de óxido-reducción o reacciones redox: pueden ser de combinación o descomposición.

Reacciones de combinación

En estas dos o más reactivos se combinan para formar uno, dos o más productos.

Hay muchas reacciones de combinación. Dentro de este grupo se distinguen:

·         Reacciones de combustión

·         Reacciones ácido-base

·         Reacciones de síntesis (en estas los reactivos son sustancias simples que se combinan para formar una sustancia compuesta).

Representación de reacciones químicas

Sistema inicial                        Sistema final Reactivo 1  +  Reactivo 2  --à  Producto 1  +  Producto 2

Representación de un reacción de combinación con dos reactivos y dos productos.

Sustancia simple     Sustancia simple       Sustancia compuesta        Reactivo 1    +    Reactivo 2  -------à Producto

Representación de una reacción de síntesis.

Reactivo   -----------à  Producto 1  +  Producto 2 Sustancia compuesta     generalmente al menos uno es sustancia simple

Representación de una reacción de descomposición.

Ecuaciones químicas

Estas son las representaciones  de lo que ocurre en una reacción química.

La forma correcta o general de escribir una ecuación de una reacción (independientemente del tipo de reacción que esta sea), es la siguiente:

Reactivo 1  +  Reactivo 2  ------à   Producto 1  +  Producto 2

MAGNETISMO

Las fuerzas características de los imanes se denominan fuerzas magnéticas. El desarrollo de la física amplió el tipo de objetos que sufren y ejercen fuerzas magnéticas. Las corrientes eléctricas y, en general, las cargas en movimiento se comportan como imanes, es decir, producen campos magnéticos. Siendo las cargas móviles las últimas en llegar al panorama del magnetismo han permitido, sin embargo, explicar el comportamiento de los imanes, esos primeros objetos magnéticos conocidos desde la antigüedad.

El término magnetismo tiene su origen en el nombre que en la época de los filósofos griegos recibía una región del Asia Menor, entonces denominada Magnesia; en ella abundaba una piedra negra o piedra imán capaz de atraer objetos de hierro y de comunicarles por contacto un poder similar. Los fenómenos magnéticos habían permanecido durante mucho tiempo en la historia de la ciencia como independientes de los eléctricos. Pero el avance de la electricidad por un lado y del magnetismo por otro, preparó la síntesis de ambas partes de la física en una sola , el electromagnetismo, que reúne las relaciones mutuas existentes entre los campos magnéticos y las corrientes eléctricas. Maxwell fue el científico que cerró ese sistema de relaciones al elaborar su teoría electromagnética.

El magnetismo de los imanes

El estudio del comportamiento de los imanes pone de manifiesto la existencia en cualquier imán de dos zonas extremas o polos en donde la acción magnética es más intensa. Los polos magnéticos de un imán no son equivalentes, como lo prueba el hecho de que enfrentando dos imanes idénticos se observen atracciones o repulsiones mutuas según se aproxime el primero al segundo por uno o por otro polo.

Para distinguir los dos polos de un imán recto se les denomina polo norte y polo sur. Esta referencia geográfica está relacionada con el hecho de que la Tierra se comporte como un gran imán. Las experiencias con brújulas indican que los polos del imán terrestre se encuentran próximos a los polos Sur y Norte geográficos respectivamente. Por tal motivo, el polo de la brújula que se orienta aproximadamente hacia el Norte terrestre se denomina polo Norte y el opuesto constituye el polo Sur. Tal distinción entre polos magnéticos se puede extender a cualquier tipo de imanes.

Las experiencias con imanes ponen de manifiesto que polos del mismo tipo (N-N y S-S) se repelen y polos de distinto tipo (N-S y S-N) se atraen. Esta característica del magnetismo de los imanes fue explicada por los antiguos como la consecuencia de una propiedad más general de la naturaleza consistente en lo que ellos llamaron la « atracción de los opuestos ».

Características de las fuerzas magnéticas

A diferencia de lo que sucede con una barra de ámbar electrizada por frotamiento -la cual atrae hacia sí todo tipo de objetos con la condición de que sean ligeros-, un imán ordinario sólo ejerce fuerzas magnéticas sobre cierto tipo de materiales, en particular sobre el hierro. Este fue uno de los obstáculos que impidieron una aproximación más temprana entre el estudio de la electricidad y el del magnetismo. Las fuerzas magnéticas son fuerzas de acción a distancia, es decir, se producen sin que exista contacto físico entre los dos imanes. Esta circunstancia, que excitó la imaginación de los filósofos antiguos por su difícil explicación, contribuyó más adelante al desarrollo del concepto de campo de fuerzas.