001 - Preliminar fisico quimica 1

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ACTIVIDAD 1 - SABERES PREVIOS FISICOQUÍMICA AMBIENTAL GRUPO No. 358115_44 LAURA PATRICIA GRAJALES VEGA C.C 39.455.482 DIRECTOR JAIRO GRANADOS MORENO UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE INGENIERIA AMBIENTAL - CEAD DE MEDELLÍN FEBRERO 15 DE 2015

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  • ACTIVIDAD 1 - SABERES PREVIOS FISICOQUMICA AMBIENTAL

    GRUPO No. 358115_44 LAURA PATRICIA GRAJALES VEGA C.C 39.455.482

    DIRECTOR JAIRO GRANADOS MORENO

    UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRCOLAS PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

    INGENIERIA AMBIENTAL - CEAD DE MEDELLN FEBRERO 15 DE 2015

  • INTRODUCCIN

    La ingeniera ambiental es una rama de la ingeniera dedicada brindar soluciones en los procesos de impacto ambiental, debido a su importancia para las sociedades. Para lograr tal fin; utiliza reas del conocimiento como la fisicoqumica ambiental, dedicada al anlisis de este tipo de sistemas. En presente documento se presenta el taller correspondiente a los conceptos relacionados con este tema y adicionalmente se resaltar su importancia con algunos ejemplos prcticos.

  • OBJETIVOS

    GENERAL

    Realizar una revisin detallada de los contenidos de la Unidad No. 01 de la asignatura de fisicoqumica ambiental, disponible en el entorno de conocimiento, con el propsito de llevar a cabo una serie de actividades, que permitan identificar en el estudiante las nociones bsicas frente al curso.

    ESPECIFICOS

    Elaborar un diagrama de flujo que muestre la estructura principal del curso

    Elaborar un mapa conceptual con base en los conceptos de Fisicoqumica Ambiental (FA) suministrados y escribir un ensayo de 500 palabras, describiendo y analizando el mapa construido

    Responder un cuestionario

    Resolver un ejercicio paso a paso

    Elabora un mapa conceptual con unos conceptos claves y redactar la explicacin

    Realizar algunos clculos relacionados con la termodinmica

    Evidenciar la actualizacin del perfil

  • SOLUCIN

    FASE I - CONCEPTUALIZACIN

    A continuacin se presenta el diagrama de flujo o esquema que muestre la estructura principal del curso:

    Polticas del trabajo acadmico en el campus

    virtual

    Poltica anti plagi - Normatividad acadmica para el

    estudiante

    Requerimientos tecnolgicos (desde la institucin y desde el

    estudiante)

    Poltica de inclusin a poblacin en condicin de

    discapacidad

    Documentos de apoyo al trabajo

    acadmico.

    Unidad N. 01 Fisicoqumica Atmosfrica

    Unidad N. 02 Fisicoqumica de

    sistemas acuosos

    Unidad N. 03 Fisicoqumica de Superficie e

    interfases

    FISICOQUMICA AMBIENTAL

    Fundamentos de termodinmica y equilibrio

    Cintica de Procesos qumicos (RX)

    Comportamiento fisicoqumico de gases

    Apoyo conceptual

    Fisicoqumica de aguas

    Equilibrio de Fases

    Mezclas y soluciones

    Fisicoqumica de interfases

    Sistemas coloidales

    Fisicoqumica de suelos

    Estrategias de

    aprendizaje

    Problemas de investigacin-ABPI

    Contextualizacin

    Anlisis

    Prctica-experimental

    Elementos

    Permite estudiar los cambios, interacciones y dinmica molecular que ocurren a nivel de la atmsfera, las aguas y los suelos, para acrecentar el conocimiento

    sobre el manejo fisicoqumico adecuado en problemticas ambientales.

    Elabor: Laura G.

  • A continuacin se presenta el mapa conceptual con los principales conceptos de fisicoqumica ambiental

    Elabor: Laura G.

  • A continuacin se presenta el ensayo describiendo o analizando el mapa anterior (subrayar los conceptos que utiliz)

    FISICOQUMICA AMBIENTAL Grajales L; Grupo 44; ECAPMA; UNAD

    Resumen Es el estudio del comportamiento de los flujos de energa y materia en un sistema con el objetivo de comprender el comportamiento de estos fenmenos. Dicha comprensin da herramientas para disminuir el impacto ambiental de los agentes externos en los entornos de inters, por ejemplo en un ecosistema, en una fuente hdrica, etc. Palabras Claves: Termodinmica, Reacciones qumicas, Contaminacin, La fisicoqumica es un rea de estudio que provee importantes herramientas para la comprensin de sistemas fsicos y qumicas. Ha ayudado a ingenieros durante el ltimo siglo a desarrollar nuevas tecnologas, aplicaciones y procesos con beneficios para la humanidad. Sin embargo, tambin este conocimiento tambin ha tenido repercusiones en nuestro entorno, por lo cual en la ltima dcada se ha desarrollado una rama muy interesante conocida como fisicoqumica ambiental. La fisicoqumica ambiental se encarga de estudiar los fenmenos que tienen un impacto en el ambiente para entender su comportamiento. Dentro de estos fenmenos se encuentran los flujos de energa y materia, la transformacin de la materia y la electroqumica (Engel, 2007). La comprensin de los comportamientos de la materia en estos sistemas permite plantear acciones efectivas para hacerle frente a las diferentes fuentes de impactos ambientales. Algunos de los aportes de la fisicoqumica ambiental se pueden resaltar en los siguientes ejemplos ilustrativos. El primer caso es los derrames de crudo en el golfo de Mxico, conocido como uno de los mayores desastres ambientales de los ltimos aos. Este desastre requiri un anlisis especial, ya que deba ser estimado el flujo de crudo proveniente del pozo, el cual depende de la presin del crudo en el pozo y del agua en el lecho marino. Sin duda, estas estimaciones ayudaron a establecer los impactos iniciales del desastre (BBC, 2010). El segundo caso es el ataque de fluorocarbonados a la capa de ozono, uno de los problemas ambientales ms mencionados en el siglo 20. Gracias a los anlisis hechos a las interacciones qumicas entre el ozono y los refrigerantes fluorocarbonados se logr establecer el impacto en la capa de ozono. Los compuestos fluorocarbonados al tener estructuras tan reactivas y voltiles, se concentraban en la atmosfera donde reaccionaban con el ozono disminuyendo su cantidad. La ausencia del ozono disminuye la capacidad de la tierra para repeler los rayos del sol nocivos. Gracias a estos anlisis se inici una campaa ambiental contra este tipo de refrigerantes, logrando una disminucin elevada en su uso industrial (Bremauntz, 2004).

  • Fuente: (UNOP, 2008)

    El tercer y ltimo caso corresponde a los gases de salida de las termoelctricas. Generalmente en las termoelctricas se queman combustibles como el carbn para producir energa elctrica. Este tipo de procesos trmicos requieren altas cantidades de agua, por lo que suelen encontrarse secar de fuentes hdricas, inicialmente no se consideraba el impacto ambiental de tomar el agua de estas fuentes, utilizarla en el proceso y regresarla a la fuente hdrica ya que no haba una mezcla del agua con agentes nocivos. Sin embargo, posteriormente se encontr que la temperatura a la que se retornaba el agua tambin poda tener un impacto considerable en el ecosistema lo que propicio el uso de torres de enfriamiento para acondicionar el agua antes de regresarla a los ros (Instituto Nacional de Ecologia, 2006). La fisicoqumica ambiental proporciona las herramientas de anlisis ideales para comprender y afectar el comportamiento la materia. Esta rama del conocimiento permite a los ingenieros comprender y proponer alternativas frente a los problemas de impacto ambiental, ya sean efectos secundarios de procesos industriales o efectos de agentes nocivos en los ecosistemas. En el nuevo siglo el papel de la fisicoqumica y los ingenieros ambientales es fundamental en la bsqueda del desarrollo sostenible.

  • FASE II CUESTIONARIO

    1. Que significa el trmino fisicoqumica Ambiental

    Fisicoqumica ambiental:

    Es el estudio en conjunto de los flujos de masa y energa con el objetivo de conocer y manejar los procesos con impacto ambiental. Utiliza como herramienta fundamental los conocimientos sobre la manera en que se transfiere la masa y la energa, los mecanismos que gobiernan estos procesos de transferencia, las diversas propiedades de las sustancias y como estas se modifican en sus interacciones con el medio y/o con otras sustancias. Permite establecer procesos de prevencin, proteccin y tratamiento de problemas ambientales.

    El ingeniero ambiental es el medio para procesar conocimientos de fisicoqumica, de procesos ambientales y de las variables que los describen para generar estrategias frente a sistemas en riesgo ambiental.

    Comprension de los procesos de impacto ambiental

    Procesos de impacto

    ambiental

    Flujos de masa y energia

    Fisicoqumica ambiental

    Ingeniero Ambiental

    Elabor: Laura G.

  • 2. Cuntas molculas del gas carbnico (CO2) estarn presentes en 2.000 cm3 de aire Barranquillero, el cual en un da cualquiera, est a una temperatura de 32 C y tiene una presin total de 748 mmHg?

    Datos:

    Volumen (V)= 2000 cm3

    Temperatura (T)= 32 C

    Presin (P)= 748mmHg

    Constante universal (R)= 0.08205746 (atm*L)/(mol*K)

    Ecuacin de estado gas ideal: Pv=nRT

    Las conversiones son las siguientes:

    Variable Criterio para hacer la conversin de unidades

    T= 305,15 K [] = [] + 273,15

    P=1 atm 1 atm = 760 mmHg

    V=2 L 1 L = 1000 3

    El nmero de moles se puede calcular de la siguiente manera:

    n =PV

    RT

    n =0.9842 atm 2 L

    0.08205746 atm L

    mol K 305.15 K

    n =1.9684

    25.0398 1

    mol

    = 0.0786 mo

    #moleculas = 0.0786 mol6,023x1023 moleculas de CO2

    1 mol= 4,73 1022 moleculas de CO2

  • 3. Con base en los siguientes conceptos claves: Gases, Acuoso, Mezcla, Homognea; Heterognea, Qumica(o), tomo, Molcula, compuesto, elemento, Enlace, Sustancia, sistema, Fisicoqumica, suelo, contaminacin, aire, Reacciones , Agua, Atmsfera; Ambiental; (Elaborar un mapa conceptual utilizando los conectores adecuados y redactar la explicacin en 5 lneas)

    Elabor: Laura G.

  • Explicacin:

    La fisicoqumica ambiental aborda el comportamiento de los sistemas desde diferentes perspectivas que son complementarias entre s. Inicialmente estudia sistemas con potencial de sufrir contaminacin ambiental como el suelo, el aire, el agua y la atmosfera. En estos sistemas se puede presentar fases gaseosas, acuosas o slidas. Una de las principales herramientas para los anlisis que miden el impacto ambiental es la qumica, la cual estudia las sustancias y sus interacciones (reacciones qumicas).

    4. Un mol de gas ideal, se somete a las siguientes transformaciones cclicas, segn la grfica de Presin contra Volumen (ver la siguiente figura)

    Con base en la figura anterior, completar el siguiente cuadro:

    Etapa Caracterstica termodinmica Proceso termodinmico

    A-b Volumen constante Isocrico

    B-c Presin constante Isobrico

    C-d Volumen constante Isocrico

    D-a Presin constante Isobrico

  • A partir de la figura, realizar los respectivos clculos para completar el cuadro que sigue: (mostrar todo el procedimiento)

    Punto Presin ( pa) Temperatura (k) Volumen (m3 )

    a 30 200 2

    b 60 401,08 2

    c 60 800 4

    d 30 401,08 4

    Para completar el cuadro anterior se tiene en cuenta las siguientes consideraciones:

    El sistema de anlisis posee una mol de gas ideal. Esta cantidad se mantiene constante durante los procesos de transformacin fsica.

    La ecuacin de estado que describe el comportamiento del gas es la ecuacin de gases ideales

    La temperatura del punto a es 200 K

    Es posible calcular los valores faltantes mediante dos perspectivas equivalentes. La

    primera es considerando el proceso que se da entre los puntos a, b, c y d (Por ejemplo

    la ecuacin de Gay Lusac; para procesos isobricos en gases ideales). La segunda

    es considerando una ecuacin de estado que describe las variables del gas dadas

    dos variables (por ejemplo la temperatura y la presin). Con base en los criterios

    anteriores se emplea la segunda alternativa usando la ecuacin de estado de los

    gases ideales

    Cada punto se analiz de la siguiente manera:

    Punto a)

    P = 30Pa 1 atm

    101325 Pa= 2,96 104 atm

  • V = 2m3 1000L

    1m3= 2000 L

    n = PV

    RT

    n = 2.96 104 atm 2000 L

    0.08205746 atm L

    mol K 200 K

    n = 0,592

    16.411 1

    mol

    = 0.0360 mol

    Punto b)

    P = 60 Pa1 atm

    101325 Pa= 5,921 104atm

    V = 2m3 1000L

    1m3= 2000 L

    T =PV

    nR

    T =5.921 104 atm 2000 L

    0.0360 Mol 0.08205746 atm L

    Mol K

    T = 401.08 K

    Punto d)

    T =PV

    nR

    P = 60 Pa1 atm

    101325 Pa= 5,921 104atm

    V = 43 1000L

    13= 4000

    T =2.960 104 atm 4000 L

    0.0360 Mol 0.08205746 atm L

    Mol K

    T = 401.08 K

  • 5. Teniendo en cuenta los siguientes conceptos fisicoqumicos, elaborar mentefacto mapa conceptual, utilizando los conectores adecuados; posteriormente, redactar la explicacin en 6 lneas.

    La fisicoqumica ambiental est compuesta por varios conceptos importantes. Uno de ellos es la termodinmica, la cual explica la forma en la que se conserva y transfiere la energa (ya sea por calor o trabajo). De forma complementaria permite entender el comportamiento de los gases, ya sea mediante un comportamiento real o uno ideal. Los conceptos como la temperatura y la cintica qumica dan una idea del comportamiento de las molculas, la formacin de enlaces y la velocidad con la que se mueven. Finalmente se tienen los impactos en los ecosistemas, estos pueden ser por la presencia de un agente extrao como los gases de efecto invernadero, o la variacin de una propiedad del sistema como la capacidad de intercambio catinico en los suelos.

    Elabor: Laura G.

  • Actualizacin del perfil

  • CONCLUSIONES

    La fisicoqumica ambiental proporciona las herramientas de anlisis ideales para comprender y afectar el comportamiento la materia permitiendo a los ingenieros comprender y proponer alternativas frente a los problemas de impacto ambiental La ecuacin de los gases ideales permite calcular el comportamiento de un gas al conocer algunas de las variables que lo describen. La cintica qumica permite a los ingenieros estimar la velocidad con la que una reaccin ocurrir, o dicho de una manera prctica, la rapidez con que un sistema se ver afectado por la interaccin de un componente extrao en un ecosistema. Existen varios casos en los que los anlisis fisicoqumicos han sido imprescindibles para dimensionar, comprender y establecer acciones correctivas frente a desastres ambientales.

  • BIBLIOGRAFA

    BBC. (28 de Abril de 2010). Obtenido de

    http://www.bbc.co.uk/mundo/internacional/2010/04/100428_derrame_petroleo_claves_lp.sht

    ml

    Bremauntz, A. F. (2004). Cambio climatico, Una visin desde Mexico. Ciudad de Mexico: Instituto

    Nacional de Ecologa .

    Engel, T. (2007). Termodinmica, Introduccin a la fisicoqumica:. Pearson Educacin.

    Granados, J. (2015). Campus Virtual Universidad Nacional Abierta y a Distancia . Recuperado el 9 de

    Febrero de 2015 , de Curso FisicoQuimica Ambiental :

    http://campus02.unad.edu.co/ecapma01/course/view.php?id=138

    Granados, J. (2015). Campus Virtual Universidad Nacional Abierta y a Distancia . Recuperado el 9 de

    Febrero de 2015, de Unidad 1. Fisicoqumica Atmosfrica - Unidad 2. Fisicoqumica de sistemas

    acuosos: http://campus02.unad.edu.co/ecapma01/course/view.php?id=138

    Instituto Nacional de Ecologia. (2006). Introduccin a la evaluacin de los impactos de las termoelctricas

    de Mxico: un estudio de caso en Tuxpan, Veracruz. Instituto Nacional de Ecologia.

    UNOP. (Septiembre de 2008). United Nations Ozone Programe. Obtenido de

    http://www.unep.fr/ozonaction/information/mmcfiles/3139-s-oanHCFCspecialissue.pdf