CUADERNILLO FISICO-QUIMICA 2°

7/25/2019 CUADERNILLO FISICO-QUIMICA 2

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TRO DE ENSatura: CIENCIsoras: MARIA

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DIA N 25UIMICA 2 AEZ, TERESIT

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CENTRO DE ENSE ANZA MEDIA N 25Asignatura: CIENCIAS FISICO QUIMICA 2 AOProfesoras: MARIA EMILIA LOPEZ, TERESITA FLORES

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Sistemas materiales. Mtodos de separacin de fases y de fraccionamiento

Soluciones: componentes. Factores que las afectan. Criterios de clasificacin de las soluciones por el

estado de agregacin de los componentes, la solubilidad, la concentracin y grado de acidez.

Expresiones de concentracin. Problemas sencillos de aplicacin %m/m, %m/v y % v/v.

Solubilidad: concepto. Curvas de solubilidad: construccin, interpretacin y aplicacin.

UUNNIIDDAADDNN22Concepto de calor y temperatura..El calor como forma de energa. Formas de transmisin. Calor

especfico. Calora. Clculo de la cantidad de calor. Escalas termomtricas, conversin entre las

distintas escalas. Dilatacin. Equilibrio trmico.

UUNNIIDDAADDNN33

Energa: concepto. Transformaciones de la energa. Principio de conservacin. Degradacin de la

energa. Unidades de energa. Clculos de energa cintica y de energa potencial. Clasificacin de

las fuentes de energa.

Energa nuclear. Introduccin a los diferentes modelos atmicos. A. Z. Istopos

BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFAASSUUGGEERRIIDDAA

Fisico- Qumica Escudero y otros Editorial SantillanaQumica I Alegra y otros Editorial SantillanaQumica gral. e inorgnica Fernandez Serventi El AteneoTodos los libros de biblioteca y sitios web que se adecuen a los contenidos

mencionados en el programa


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ELECTRICIDAD

Unidad N 1Repaso de sistemas materiales: clasificacin, fases, componentes, mtodos de separacin de fases ymtodos de fraccionamiento.Soluciones: concepto. Componentes. Criterios de clasificacin. Acidez, pH e indicadores. Solubilidad.Unidades fsicas de concentracin

SISTEMA MATERIAL: es toda aquella parte de materia que se asla fsica o empricamente para serestudiadaENTORNO:es todo aquello que rodea al sistema material

CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS MATERIALES

De acuerdo a la relacin que presente el sistema material con el entorno se pueden clasificar en:

a- SISTEMAS MATERIALES ABIERTOS:cuando intercambian materia ( masa) y energa con el entornob- SISTEMAS MATERIALES CERRADOS:cuando intercambian energa pero no materia con el entornoc- SISTEMAS MATERIALES AISLADOS: cuando no intercambian materia ni energa con el entorno

VAPOR

CALOR

S.M. ABIERTO S.M. CERRADO S.M. AISLADO

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COMPUESTOS ELEMENTOS HOMOGNEAS HETEROGNEAS

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En el primer ejemplo, se encuentra una joven en la cocina; si consideramos que el sistema material es la ollacon comida sobre la cocina encendida observamos que se intercambia materiaen forma de vapory energaen forma de calor.En el sistema material del centro solo ocurre un intercambio de energa con el entorno, en este caso la energaintercambiada es energa elctrica.Por ltimo en el sistema material aislado y considerando que se trata de un termo ideal, o sea que cumple su

funcin a la perfeccin, y que adems se encuentra tapado no existira intercambio ni de materia ni de energacon el entorno.

De acuerdo a sus propiedades intensivas los s istemas materiales se pueden clasificar en:

A- SISTEMAS MATERIALES HOMOGNEOS: son aquellos sistemas materiales que presenta lasmismas propiedades intensivas en todos sus puntos. Presenta solamente una fase por lo cual no tieneinterfases, pero puede estar formado por uno o mas componentes, pudindose de esta manerasustancias puras o mezclas

B- SISTEMAS MATERIALES INHOMOGNEOS: son aquellos sistemas materiales cuyaspropiedades intensivas varan gradualmente sin que exista interfase

C- SISTEMAS MATERIALES HETEROGNEOS: son aquellos sistemas materiales que presentadistintas propiedades intensivas de acuerdo al punto que se est estudiando. Presenta dos o ms fasescon sus respectivas interfases y al igual que el sistema material homogneo puede estar formado poruno o mas componentes.

ACEITE AGUAS.M. HOMOGNEO S.M. HOMOGNEO

Se han mencionado conceptos como componentes, fases e interfases por lo cual debemos definirlas:

FASE:es cada una de las porciones homogneas que forman un sistema material heterogneoINTERFASE: es el lmite entre dos fasesCOMPONENTES: llamaremos as a cada una de las sustancias diferentes que forman un sistema material

homogneo o heterogneo

Como ya se menciono anteriormente, los sistemas materiales heterogneos son aquellos sistemas materialesque presenta distintas propiedades intensivas de acuerdo al punto que se est estudiando, o sea, presenta dos o

ms fases con sus respectivas interfases.Por ejemplo, el siguiente sistema material heterogneo presenta 3 fases y 2 interfases. Adems una de lasfases est formada por dos componentes (sal y agua) mientras que las restantes estn formadas por solo uncomponente cada una.

AGUA Y ACEITES.M. HETEROGNEO AGUA CON HIELO

S.M. HETEROGNEOGRANITO

S.M. HETEROGNEO


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En un sistema heterogneo de dos fases se denominadispersa a la fase que se encuentra en menor proporcinydispersantea la que se encuentra en mayor proporcin.

Segn el tamao de las partculas se clasifican en:dispersin grosera: son aquellas en el cual las partculas dispersas se perciben a simple vista. Ejemplo

sistema agua-arena,fina: son sistemas heterogneos visibles al microscopio. Toman distintos nombres segn el estado

fsico de los medios disperso y dispersante. Se denominan emulsiones, cuando ambos son lquidosEjemplo sistema leche constituida por suero y crema; ysuspensiones cuando el medio dispersante eslquido y el medio disperso slido, ejemplo humos.

coloidal: en estas dispersiones el medio disperso slo es visible con el ultramicroscopio como porejemplo agua con unas gotas de leche. Estas dispersiones se pueden identificar mediante la utilizacinde un haz de luz, ya que presentan lo que se llama efecto Tindall que se manifiesta por la posibilidadde observar el recorrido del haz a travs del lquido.

MTODOS DE SEPARACIN DE FASES ( SISTEMAS MATERIALES HETEROGNEOS)

En todo sistema material heterogneo se pueden separar las fases que lo constituyen aplicando mtodos

sencillos. Dichos mtodos no alteran las sustancias y varan de acuerdo al sistema en cuestin.Algunos de ellos son:

1- Tra:por este mtodo se logran separar slidos de mediano tamao utilizandouna pinza o directamente la mano. Por ejemplo podramos retirar unespcimen que se encuentre dentro de un frasco con formol.

2-Tamizacin: se emplea para sistemas heterogneos slidos cuyas partculasson de diferente tamao. Para ello se utiliza un tamiz (colador)con poros que varan segn el tamao de lo que se quiera separar.Por ej. Para obtener arena fina los obreros de la construccin utilizan lo que ellos llaman unazaranda para separar las piedras mas grandes que quedan en la parte superior mientras que la

parte mas fina pasa los orificios. La zaranda no es otra cosa que un tamiz y por lo tanto paraobtener arena de diferentes granulaciones se utiliza la tamizacin

3-Filtracin:permite separar las fases de un sistema heterogneo cuando una fase es slida y la otra lquida,utilizando como material filtrante papel de filtro, arena, carbn, etc. Por ejemplo: cuando

preparamos caf utilizamos un colador (filtro) que retiene los granos de caf molidos (slido)dejando pasar la fase lquida

Fase slida

Fase Lquida

Fase gaseosa

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10-Disolucin:una de las fases es soluble en un determinado solvente, mientras que la otra no lo es.Por ejemplo un sistema formado por arena y CuSO4:

a-Disolucin de la sal:se agrega agua al sistema material de manera que se disuelva el sulfato de cobre(CuSO4) y quede una fase lquida y una fase slida.

b- Filtracin: se utiliza un embudo y un papel de filtror, de esta manera queda la fase de arena retenida

en el papel de filtro y el sulfato de cobre disuelto en el agua.

.c- El CuSO4 se recupera por evaporacin del disolvente para concentrar al mximo el sulfato decobred- Cristalizacin: se evapora lentamente el resto del disolvente y comienzan a aparecer los cristales de

sulfato de cobre

Los sistemas homogneos son aquellos que presentan una sola fase, por lo cual no poseen interfases. Puedenestar formados por un solo componente y en ese caso ser una sustancia pura o, en su defecto, puede estarformado por mas de un componente en cuyo caso ser una solucin.

SUSTANCIAS PURASSon aquellas que no admiten fraccionamiento, es decir que resisten los procedimientos fsicos del anlisis, yestn formadas por un solo componente (los componentes son cada una de las sustancias que componen elsistema material)Las sustancias puras poseen propiedades intensivas constantes.A su vez, las sustancias puras, pueden sersimples ocompuestassegn admitan o nodescomposicin.Lassustancias simplesson sustancias que presentan composicin simple, o sea estn formadas por un solo

tipo de tomo y no pueden descomponerse en otras ms sencillas por mtodos fsicos o qumicos ordinarios.

Son los elementos qumicos. Son ejemplos de sustancias simples el ozono, formado por tres tomos deoxgeno O3; el hidrgeno presente en aire, cuya molcula contiene dos tomos de hidrgeno H2.

O3 H2Los elementos se encuentran ordenados en la tabla peridica y difieren entre s en la cantidad de

protones presentes en cada uno de los ncleos de sus tomos

Pero qu son los tomos?

Histricamente se los consideraba la unidad mnima e indivisible de la materia, pero con el correr de los aosy tras numerosas investigaciones se descubri que no es as, ya que los tomos a su vez, estn formados porpartculas an mas pequeas, de las cuales las mas importantes son: protn, neutrn y electrn.El protn es una partcula que presenta carga positiva, el neutrn no se encuentra cargado elctricamente,mientras que el electrn presenta carga del mismo valor que el protn pero negativa.


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Cmo diferenciar compuestos (sustancias puras) de disoluciones (mezclas homogneas) ?

Compuesto Solucin (mezcla homognea)Los constituyentes del compuesto(elementos) se encuentran enproporciones fijas.

Los constituyentes de la mezcla pueden estar en cualquierproporcin.

Si al calentar o enfriar alcanzamos latemperatura de fusin o de ebullicin,esta se mantiene estable mientras nocambie el estado de agregacin de lasustancia.

Si al calentar o enfriar alcanzamos la temperatura de fusin o deebullicin de uno de los componentes de la mezcla; estatemperatura se estabiliza algo pero no se mantiene invariableporque slo est cambiando el estado de una de las sustancias queforman la mezcla, la otra u otras siguen aumentando sutemperatura.

Los compuestos se pueden separar en

los elementos que lo constituyen pormedios qumicos.

Las mezclas se pueden separar en las sustancias que la

constituyen por medios fsicos sencillos.

MTODOS DE SEPARACIN DE COMPONENTES O MTODOS DE FRACCIONAMIENTO( SIST. MATERIALES HOMOGNEOS)

En todo sistema material homogneo se pueden separar los componentes que lo constituyen, obteniendo aslas sustancias puras que lo componen.Algunos mtodos de fraccionamiento son:1-Destilacin:consiste en transformar un lquido en vapor y luego condensarlo.

Puede ser:simple: Se utiliza para separar dos lquidos cuyo punto de ebullicin es muy diferente.Por ej el sistema agua (pto de eb =100C) y alcohol (pto de eb = 78C)

fraccionada: se emplea para separar los componentes de un sistema homogneo que constade dos o ms lquidos voltiles de diferentes punto de ebullicin cercanos entres como por ejemplo los diferentes componentes del petrleo

Equipo completo para destilacin simple Equipo para destilacin fraccionada

2-Cristalizacin se utiliza para separar un slido disuelto en un lquido siempre que el slido tenga lapropiedad de cristalizar. El lquido se evapora.

Disolucin total ltracin de impurezas Cristalizacin por evaporacinno solubles del solvente


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4- Cromatografa:

Mtodo usado principalmente para la separacin de los componentes de una muestra, enel cual los componentes son distribuidos entre dos fases, una de las cuales es estacionaria,mientras que la otra es mvil. La fase estacionaria puede ser un slido o un lquidosoportado en un slido o en un gel (matriz). La fase estacionaria puede ser empaquetada enuna columna, extendida en una capa, distribuida como una pelcula, etc...

Cromatografa en capa fina en papel en columna

ClasificacinHemos visto que las soluciones son mezclas homogneas de composicin variable. Partiendo de esteconcepto vamos a describir los principales tipos de soluciones, as como las unidades de concentracin.

Clasificacin de soluciones de acuerdo al nmero de componentes

Una primera clasificacin puede hacerse segn el nmero de componentes de la solucin.As habra soluciones binarias ( 2 componentes), ternarias (3 componentes), cuaternarias (4 componentes),etc.Por ejemplo una solucin formada por agua, sal y colorante ser una solucin ternaria porque contiene trescomponentes.

Clasificacin de soluciones de acuerdo al estado fsico o de agregacin

Tambin podemos clasificarlas segn el estado fsicoen que se encuentren. Segn este criterio, lassoluciones pueden presentarse en estado slido, lquido o gaseoso, de acuerdo al estado fsico del solvente. Asu vez cada uno de estos estados puede presentar distintas posibilidades segn el siguiente cuadro:

Soluciones en estado gaseoso Soluciones en estado lquido Soluciones en estado slidoSoluto Solvente Ejemplo Soluto Solvente Ejemplo Soluto Solvente Ejemplo

Gas Gas Aire Gas Lquido Dixido decarbono en agua

Gas Slido Hidrgenoen paladio

Lquido Gas Agua en aire Lquido Lquido Alcohol en agua Lquido Slido Mercurioen cobreSlido Gas Partculas de

polvo en aireSlido Lquido Azcar Slido Slido Oro en

plata

CLASIFICACIN DE LAS SOLUCIONES

N DE COMPONENTES ESTADO DE AGREGACIN SOLUBILIDAD ACIDEZ

BINARIASTERNARIASCUATERNARIASETC.

SLIDASLQUIDASGASEOSAS

CIDASBSICASNEUTRAS

DILUDASCONCENTRADASSATURADASSOBRESATURADAS


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Saturada

Concentrada

Diluida

Clasificacin de soluciones de acuerdo a su

Otro criterio para clasificar las soluciones es atendiendo a su solubilidad, es decir, a la cantidad en gramos deuna sustancia que pueden disolverse en 100 gramos de solvente hasta formar una solucin saturada. Segn lasolubilidad las soluciones se pueden clasificar en:

a-Soluciones diludas:cuando la solucin se encuentra lejos y por debajo de la lnea de saturacin, o sea

que contiene poca cantidad de soluto

b-Soluciones concentradas:cuando la solucin se encuentra por debajo y cerca de la lnea de saturacin, es

decir que contiene mucho soluto pero en menor cantidad que la solucin saturada.

c-Soluciones saturadas: son las soluciones que se encuentran en la lnea de saturacin, por lo tanto

contienen la mxima cantidad de soluto que admite la solucin.

d-Soluciones sobresaturadas: la solucin se encontrara por encima de la lnea de saturacin cuando en

ciertas condiciones especiales la solucin admite ms soluto que el correspondiente a una solucin saturada

La solubilidad de un soluto en determinado solvente se puede graficar en lo que se llama curva desolubilidad. En ella, se representa el comportamiento de la solucin en funcin de la temperatura y de lacantidad de soluto presente en 100 gramos de solvente

.

La solubilidad de una determinada sustancia depende de diversos factores siendo los ms importantes lanaturaleza del soluto y del solvente, la temperatura, el tamao de las partculas, la agitacin y la presinen el caso de sustancias en estado gaseoso.En general, la mayora de los compuestos aumentan su solubilidad al aumentar la temperatura ya queaumenta la energa cintica que poseen las partculas favoreciendo la accin disolutiva del solvente, unaexcepcin son los solutos gaseosos en solventes slidos o lquidos que disminuyen su solubilidad alaumentar la temperatura.Al disminuir el tamao de las partculas mayor ser la superficie de contacto entre soluto y solventeaumentando as la velocidad de disolucin.La agitacin tambin facilita el contacto entre el soluto y el solvente constituyendo un factor importante

para lograr una buena homogeneizacin y facilitar la disolucin.Con respecto a la presin, influye considerablemente en compuestos gaseosos aumentando la solubilidad

de los mismos al aumentar la presin.La naturaleza del soluto y del solvente es uno de los factores determinantes de la solubilidad, as porejemplo existirn sustancias solubles en agua y otras insolubles en agua y solubles en compuestosorgnicos y viceversa.

Temperatura C

Sobresaturada

Solubilidadg de st. / 100gde svte.


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Clasificacin de soluciones de acuerdo a su acidez

De acuerdo a su acidez, concentracin de protones en solucin o pH, se pueden clasificar en:

a-Soluciones cidas: son aquellas que presentan ph menor a 7 y enrojecen el tornasolGeneran iones H+ (iones hidrgeno, hidrogeniones o protones) de acuerdo a la

siguiente reaccin qumica H X X-

+ H+

b-Soluciones bsicas: son aquellas que presentan ph mayor a 7, azulean el tornasol y producen el viraje alfucsia de la fenolftalena.Es toda solucin que genera iones OH-( oxidrilos o hidroxilos) segn la siguientereaccin qumica. BOH B+ + (OH) -

c-Soluciones neutras: son aquellas que presentan ph igual a 7, no modifican el color del tornasol ni de lafenolftalena. Es aquella solucin que presenta la misma cantidad de H+que de OH-

Escala de pH

El logaritmo decimal de la concentracin molar de hidrogeniones cambiado de signo se denomina pH y esuna medida de la acidez de una solucin.

pH= -log [H+]

La escala de pH va desde cero hasta catorce de acuerdo al siguiente esquema

SSuussttaanncciiaassbbssiiccaass,,ccoommoollaassooddaaccuussttiiccaa,,eellbbiiccaarrbboonnaattooddeessooddiiooooeellddeetteerrggeenntteeSSuussttaanncciiaassnneeuuttrraass,,ccoommooeellaagguuaappuurraa

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Indicadores de pH

Un indicador es una sustancia que presenta propiedades diferentes segn se encuentre en presencia de uncido o de una base. Nosotros nos referiremos a indicadores de origen vegetal o sinttico, como lafenolftalena, que modifican su color de acuerdo al pH del medio. En el siguiente cuadro se detallan algunosindicadores con sus respectivos colores de acuerdo al medio.

Indicador Medio cido Medio bsicoTornasol RRoojjoo AAzzuullFenolftalena IInnccoolloorroo FFuuccssiiaaVioleta de metilo AAmmaarriilllloo AAzzuull

Naranja de metilo AAnnaarraannjjaaddoo AAmmaarriillllooAzul de bromofenol AAmmaarriilllloo AAzzuullRojo de metilo RRoojjoo AAmmaarriillllooAzul de bromotimol AAmmaarriilllloo AAzzuullAmarillo de Alizarina AAmmaarriilllloo RRoojjoo

Los indicadores comercialmente son utilizados impregnados en papel o en soluciones concentradas.

Tambin se pueden preparar fcilmente a partir de vegetales frescos como hojas de repollo colorado,ptalos de rosas o de otras flores, etc.Uno de los indicadores mas utilizados es el tornasol que presenta color rojo en medio cido y color azulen medio bsico; la intensidad aumentar de acuerdo a la acidez o basicidad de la sustancia.


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A continuacin se muestra una escala de color e intensidad de una mezcla que contiene diferentesindicadores y su reaccin de acuerdo al pH de diferentes sustancias.

TEMA INTEGRADOR : Lluvia cida

La Capital Federal y Gran Buenos Aires se est tornando cada vez ms irrespirable. El fenmeno de lapolucin atmosfrica es lenta, aumenta en forma inexorable, y por eso nos vamos adaptando y acostumbrandosin darnos cuenta. Nuestra situacin es crnica, con niveles que van de bueno a regular. Pero crnicasignifica que se puede agravar con el tiempo. Tenemos una posicin geogrfica buena y los vientos muevenlas grandes masas de aire viciado que ensombrecen nuestras ciudades: los vientos Sudestada (fro y hmedo)y Pampero (fro y seco) actan como barredora natural de la atmsfera de Buenos Aires.El problema de la lluvia cidase ve atenuado en nuestro pas porque la circulacin de los vientos en el

hemisferio norte impide que la densa contaminacin de esa zona llegue aqu. El petrleo que se usa enArgentina tiene poco azufre, y la naturaleza calcrea de nuestro suelo neutraliza todo contenido de azufre quele llegue

Qu provoca la lluvia cida?El humo y los gases provenientes de automotores y fbricas forman cidos al mezclarse con el aire. Si elhumo contiene dixido de azufre, al mezclarse con el vapor de agua, la lluvia contendr cido sulfrico. Si elhumo contiene xido de nitrgeno, en el agua de lluvia habr cido ntrico.

La lluvia cida se forma cuando la humedad en el aire se combina con los xidos de nitrgeno y el dixido deazufre emitidos por fbricas, centrales elctricas y vehculos que queman carbn o productos derivados del

petrleo. En interaccin con el vapor de agua, estos gases forman cido sulfrico y cidos ntricos.Finalmente, estas sustancias qumicas caen a la tierra acompaando a las precipitaciones, constituyendo lalluvia cida. Los contaminantes atmosfricos primarios que dan origen a la lluvia cida pueden recorrergrandes distancias, trasladndolos los vientos cientos o miles de kilmetros antes de precipitar en forma deroco, lluvia, llovizna, granizo, nieve, niebla o neblina. Cuando la precipitacin se produce, puede provocarimportantes deterioros en el ambiente. La lluvia normalmente presenta un pH de aproximadamente 5.65(ligeramente cido), debido a la presencia del CO2 atmosfrico, que forma cido carbnico, H2CO3. Se

considera lluvia cida si presenta un p H de menos de 5 y puede alcanzar el pH del vinagre (pH 3). Estosvalores de pH se alcanzan por la presencia de cidos como el cido sulfrico, H2SO4, y el cido ntrico,HNO3. Estos cidos se forman a partir del dixido de azufre, SO2, y el monxido de nitrgeno que seconvierten en cidos. Los hidrocarburos y el carbn usados como fuente de energa, en grandes cantidades,

pueden tambin producir xidos de azufre y nitrgeno y el dixido de azufre emitidos por fbricas, centrales


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elctricas y vehculos que queman carbn o productos derivados del petrleo. En interaccin con el vapor deagua, estos gases forman cido sulfrico y cidos ntricos. Finalmente, estas sustancias qumicas suben a laatmsfera forman una nube y despus caen a la tierra acompaando a las precipitaciones, constituyendo lalluvia cida

Monxido de carbono COLas Normas Internacionales dictaminan que para que una exposicin a CO no provoque daos a la salud debeser de un mximo de 10 partes por milln I.S.E.V.(INSTITUTO DE SEGURIDAD Y EDUCACION VIAL)registran en Avenida Pueyrredon y Alcorta 62 ppmy Tucumn y S.Martn 33 ppm. No existen datoshomologables para todo el pas, aunque algunas investigaciones como la anterior superan los valoresinternacionales. Estudios serios norteamericanos observaron una marcada tendencia a emitir ms COamedida que la edad del auto es mayor

Dao producido por la lluvia cidaTienen efecto negativo sobre el crecimiento de las plantas, pierden sus hojas y se debilitan, destruyen tambinsustancias vitales del suelo y depositan metales venenosos como el aluminio que dificulta la respiracin y la

fotosntesis de los vegetales. En un lago contaminado con cidos no existe vida animal, erosiona edificios ymonumentos. Los cidos reaccionan con minerales metlicos y forman sales entre ellos el carbonato de calcio(yeso). La lluvia arrastra el yeso y el cido que contiene erosiona las piedra. El agua potable puede sercontaminada fcilmente por la lluvia cida liberando sustancias qumicas al mezclarse el aluminio y plomo,sustancias daina a la salud. Conceptualmente la acidez no neutralizada por la copa de los arboles, entra alsuelo por va infiltracin provocando:

Disminucin del pH (el aluminio se hace soluble con pH


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En general, los recipientes no contienen 100 cm3

de solucin y muchas veces es necesario realizarclculos para saber el contenido de soluto de una determinada solucin, ya sea para poder compararla conotra o para poder prepararla.As, por ejemplo puede ser que tu recipiente de alcohol sea de 500 cm3o lo que es lo mismo de mediolitro, por lo tanto para saber el contenido de alcohol y el de agua deberas realizar determinados clculos.

Existen diferentes formas de resolver el problema:

Opcin 1 : PROPORCIONALIDAD Despejar la incgnita x a partir de la siguiente ecuacin.

Reemplazando nuestros datos en la ecuacin quedara

Despejamos nuestra incgnita X

Ya sabes que el recipiente contiene 490 cm3 de alcohol y por lgica todo lo que falta para llegar a los 500cm3 corresponder al agua. Para expresarlo de otra manera, sabiendo que la solucin es la suma del solutoy el solvente, podemos despejar la cantidad de agua presente en la solucin sabiendo la cantidad de

alcohol y la cantidad total de la solucin

Opcin 2 :REGLA DE TRES SIMPLES, de acuerdo al siguiente razonamiento

Unidad en la cual se deberexpresar la solucin (cm3)

Unidad en la cual se deber expresarla cantidad de soluto (cm3)

500 cm3 Cantidad de soluto con surespectiva unidad (X)

100 cm3

98 cm3

490 cm3de alcoholCantidad de soluto con surespectiva unidad (X)

Cantidad de alcoholCantidad total de solucin Cantidad de agua

490 cm3de alcohol500 cm3de solucin Cantidad de agua

500 cm3de solucinCantidad de agua 490 cm3 de alcohol

10 cm3Cantidad de agua

Cantidad de soluto

Cantidad de solucin

Cantidad de soluto cont. en 100 de solucin

100 unidad de la solucin

500 cm3

Cantidad de soluto con surespectiva unidad (X)

100 cm3

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16

Unidad N 2

Cantidad de soluto 100 cm3de solucinPresente en

Cantidad de solutoPresente en

Nuestra solucin

Por lo tanto

CCaannttiiddaaddddeessoolluuttooeenn110000cm3ddeessoolluucciinn ..550000cm3ddeessoolluucciinnXX== ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

110000cm3ddeessoolluucciinn

9988cm3 ..550000cm3XX== ----------------------------------------------------------==449900cm3

110000cm3ddeessoolluucciinn

98 cm3de soluto 100 cm3de solucin

X cm3de soluto 500 cm3de solucinEstn resentes en

Presente en

SSoolluucciinn==CCaannttiiddaaddddeessoolluuttoo++CCaannttiiddaaddddeessoollvveennttee

CCaannttiiddaaddddeessoollvveennttee==SSoolluucciinnCCaannttiiddaaddddeessoolluuttoo

CCaannttiiddaaddddeessoollvveennttee==550000cm3449900cm3


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17

Concepto de calor y temperatura. El calor como forma de energa. Formas de transmisin. Calorespecfico. Calora. Calculo de la cantidad de calor. Escalas termomtricas, conversin entre las

distintas escalas. Dilatacin. Equilibrio trmico. Efecto invernadero. Contaminacin por calor.

CCaalloorreesslloommiissmmooqquueetteemmppeerraattuurraa??

Naturaleza cantidad de soluto solvente

CCrriitteerriioossddeeccllaassiiffiiccaacciinn

Mt.fsicos de separacin

UUnniiddaaddeessffssiiccaassooqquummiiccaassddeeccoonncceennttrraacciinn

EEssttaaddooddeeaaggrreeggaacciinnGGrraaddooddeeaacciiddeezz

CCoonncceennttrraacciinn

EExx rreessiioonneess

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SOLUBILIDAD Factores ue la afectanTTaammaaooddeeppaarrttccuullaayyaaggiittaacciinn

TEMPERATURA

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SUSTANCIAS PURAS MEZCLAS

COMPUESTOS ELEMENTOS HOMOGNEAS HETEROGNEAS

SOLUCIONES ccoommppoonneenntteessccoommppoonneenntteess

En la red de la unidad nmero 1 iremos integrando los temas de la unidad nmero 2, recuerda que cada

nuevo tema visto se integra con el anterior, estando estrechamente relacionados, por lo cual si en launidad anterior has tenido dificultades o haz estudiado poco es hora de subsanarlas y ponerte al da conel estudio. No podrs aprobar esta unidad si no comprendes la anterior!


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En el lenguaje cotidiano estos conceptos suelen confundirse, pero debe quedar claro que si bien ambosconceptos estn estrechamente relacionados, son distintos.Al calor actualmente se lo considera energa en trnsito esto significa que los cuerpos ceden y ganan calor

pero no lo poseen, mientras que la temperatura es una medida de la energa cintica media de las molculasque forman un cuerpo.Cuando un cuerpo recibe calor (energa en trnsito) aumenta la velocidad con que se mueven dichasmolculas, y este aumento de velocidad ser tanto mayor cuanto mayor sea la cantidad de calor recibido, o

menor sea el nmero de molculas que forman ese cuerpoCCmmoosseemmiiddeellaatteemmppeerraattuurraa??

El instrumento utilizado para medir el estado trmico de un cuerpo es el termmetro, de los cules existendiferentes tipos:a- Termmetro de bulbo

-------

El termmetro de mercurio no puede utilizarse para temperaturas mayores de 357 C ni menores de -39 Cporque a esas temperaturas el mercurio hierve y se solidifica respectivamente. An utilizando otras sustanciasexisten limitaciones : los termmetros de alcohol actan entre +76C y -110C, mientras que el de toluol tiene

por mrgenes +110 C y -110 C.

b- Termmetro clnico o de mxima: Estos termmetros presentan un estrechamiento del tubo capilar enla parte superior del bulbo, esto impide que al retirar el termmetro de un paciente la columna demercurio descienda, es por esto que para lograr el descenso de la misma se debe agitar el termmetro. Lostermmetros clnicos presentan una escala entre 35 y 42 grados, representando cada divisin una dcimade grado.

c- Termmetro de mxima y mnima:

Tubo capilar cerrado

Vstago Escala

Bulbo

Mercurio o alcohol coloreado

Termmetro de bulbo digital

Termmetro digital para tomarla tem eratura auricular

Termmetro digital que permitedeterminar la temperatura corporal

sin contacto

Para determinacin detem eratura axilar u oral Para toma de temperatura

axilar,oral o anal


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19

c- Pirmetros: se utilizan cuando deben medirse temperaturas superiores a 500 C, como sucede en laindustria metalrgica. Su funcionamiento se basa en variaciones en la luz, en la radiacin e incluso el

primer pirmetro inventado por el abuelo de Darwin basaba su funcionamiento en la dilatacin de unasesferas de cermica.

EEssccaallaasstteerrmmoommttrriiccaass

Se lo usa en meteorologa. Contiene un bulbo y una cmaraambos con alcohol y adems un tubo capilar con mercurio. Pormedio de dilatacin del alcohol cuando aumenta la temperaturao contraccin cuando disminuye, se desplaza la columna demercurio indicando en una de las ramas la temperatura mnima yen otra la temperatura mxima.

Cundo la temperatura aumenta el mercurio se desplaza hacia elbulbo mas pequeo porque este tiene un espacio libre paraabsorber el empuje del depsito del bulbo mayor. Cuando latemperatura disminuye ocurre a la inversa.. El mercurio empujalos indicadores sin mojarlos y el alcohol, si bien los moja no losafecta ya que son de hierro revestidos en porcelana. El hierro

presente en los indicadores permite volverlos a su posicininicial mediante el uso de un imn


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20

Dentro de las escalas termomtricas existen dos puntos fijos, el superior y el inferior.El punto fijo superior de la escala corresponde a la temperatura de ebullicin del agua a presin normal ( 1atmsfera), es decir 100 C. El punto fijo inferior de la escala corresponde a la temperatura de fusin del aguaa presin normal de 1 atmsfera, es decir 0 CAdems existen tres escalas que permiten medir la temperatura, stas son:a- Escala Celsius o centgrada (C)

b- Escala Kelvino absoluta (K )c- Escala Fahrenheito anglosajona (F )En cada una de las escalas el punto superior es el punto de ebullicin de agua y el inferior el de fusin delagua, pero el nmero y sus subdivisiones son diferentes segn se detalla a continuacin.

Para realizar el pasaje de una escala a otra se puede utilizar la siguiente frmula:

CCAALLOORR

Joule demostr cuantitativamente que el trabajo mecnico generacalor, para ello utiliz el siguiente dispositivo, en el cual a partirdel suministro de una determinada cantidad de energa se lograbaaumentar la temperatura del agua en un grado centgrado.Al dejar caer las pesas desde diferentes alturas, la energa

potencialque poseen se transforma en trabajo mecnico que har girar las

paletas y por lo tanto aumentar la temperatura del aguaAs, demostr que para aumentar en un grado centgrado un

gramode agua se necesitaba una energa de 4,18 julios. Esta cantidad deenerga equivale a una calora, la cual es la unidad de calor y se

define como la cantidad de calor que debe absorber 1 gramo deagua para aumentar su temperatura desde 14,5 C hasta 15,5 C.

El calor es, por lo tanto un tipo de energa y se puede medir en julios o en caloras, y a la relacin de ambasunidades se le conoce como equivalente mecnico de calor:

PPrrooppaaggaacciinnddeellccaalloorr

C F -32 K 273= =

100 180 100

1 J = 0,24cal1 cal. = 4,18 J


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El cuerpo negro es un cuerpo ideal que emite y absorbe el mximo el calor mediante radiacin. Por ello,cuando un cuerpo esta constituido por superficies oscuras, emite y absorbe el calor por radiacin en gran

proporcin, ocurriendo todo lo contrario cuando se trata de cuerpos de superficies blancas o brillantes.Los cuerpos calientes emiten mayor cantidad de calor que los fros, habiendo un continuo intercambio deenerga radiante entre las sustancias que se encuentran a distintas temperaturas.En el siguiente ejemplo se indican las tres formas de trasmisin de calor. Supngase que en un local se ubica

un recipiente que contiene agua caliente. Se origina una trasferencia de calor del agua caliente al aire dellocal, debido a la diferencia de temperatura.Si se analiza el proceso de trasferencia a travs de la pared del recipiente se observa que en una primera etapael calor fluye del agua caliente a la cara interior de la pared porconveccin, originndose el movimiento de lamisma debido que al enfriarse aumenta su densidad y desciende. Luego el calor se trasmite porconduccinatravs de la pared, y por ltimo se entrega al local porconveccinal aire producindose la circulacin delmismo debido a que al calentarse disminuye su densidad y asciende, y porradiacina los distintos elementosdel entorno que rodean al recipiente.

FFrrmmuullaappaarraaccllccuulloossddeeccaalloorr

El calor absorbido o desprendido por un cuerpo depende de tres variables:

a- Masa: A mayor cantidad se deber suministrar mayor cantidad de calor, es decir que el calor esdirectamente

proporcional a la masa y por ello la masa figurar en el numerador de la frmulab- Variacin de temperatura:Cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura inicial y la temperatura

final alcanzada, mayor ser la cantidad de calor intercambiada y por ello lavariacin de temperatura tambin figurar en el numerador de la frmula

c- Calor especfico:Finalmente, la absorcin o desprendimiento de calor depender de la naturaleza de lasustancia y para definir sta se introduce una nueva propiedad intensiva denominada

calorespecfico y se define como la cantidad de calor que debe absorber un gramo de

sustanciapara que su temperatura se eleve en 1 grado centgrado. Decimos que el calor especfico

esdirectamente proporcional al calor, por lo cual esta tercer variable considerada tambinfigurar en el numerador de la frmula de calor

Con estas consideraciones llegamos a la frmula para realizar clculos de calor:

Siendo Q =calor, que se mide en caloras o en juliosm = masa, cuya unidad se expresar en gramos o kilogramosCe = calor especfico, cuyas unidades son cal/g .C J/Kg.K

Q = m . ce . T


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T= delta T, es la diferencia entre la temperatura final e inicial del sistema y ser expresada engrados centgrados o en grados kelvin dependiendo de las unidades en las cuales se encuentreexpresado el calor especfico

Por ejemplo, si se nos presenta el siguiente problema:Se decide calentar desde el punto de fusin hasta el punto ebullicin, una masa de 300 gramos

de agua cuyo calor especfico es de 1 cal/g.C Cul ser la cantidad de calor requerida?

1-Comenzamos anotando los datos que nos brinda el problemaDATOS: m= 300 gramos

ce= 1 cal/g.Ctemperatura final= punto de ebullicin del agua que es 100 Ctemperatura inicial= punto de fusin del agua que es 0 CT= temperatura final menos temperatura inicial. Es decir, (Tfinal T inicial) ,o sea ( 100C 0C)

que da por resultado 100C2-Identificamos la incgnita, que en este caso sera Q3 -Escribimos la ecuacin correspondiente y reemplazamos en ella los datos con sus respectivas unidades

Q = m . ce . T

Q = 300 g . 1 cal / g . C . 100C4 -Verificamos que todas las magnitudes estn expresadas en las unidades correctas y simplificamos si es

posible Q = 300 g . 1 cal / g . C . 100C5 -Nos queda una ecuacin con una sola incgnita que podremos despejar a partir de pasajes de trmino sifuera necesario. Como en el ejemplo no es necesario realizar ningn pasaje de trmino se resuelven lasoperaciones matemticas como se presentan y obtenemos que: Q = 30.000 calPero no siempre ser tan simple en ocasiones tendrs que averiguar el ce, la masa, la temperatura final o lainicial y para ello debers realizar pasajes de trmino. Por ejemplo, si la incgnita fuera la masadeberasrealizar el siguiente procedimiento a partir de la frmula general

Q = m . ce .TQ/ (ce . T) = mSi la incgnita fuera ce, el procedimiento sera similarQ = m . ce .T

Q/ (m . T) = ceEl procedimiento presentara gran similitud con los anteriores si la incgnita fuera TQ = m . ce .T

Q/ (m .ce) = T

Si la incgnita fuera temperatura finaldeberamos desarrollarT , a partir de la frmula anteriorQ/ (m .ce) =TQ/ (m .ce) = Tfinal TinicialQ/ (m .ce) + Tinicial = Tfinal

Por ltimo, si la incgnita fuera temperatura inicialal igual que anteriormente, deberamos desarrollarT

Q/ (m .ce) =TQ/ (m .ce) = Tfinal TinicialQ/ (m .ce) - Tfinal = -Tinicial

- Q/ (m .ce) - (- Tfinal)= -(-Tinicial )- Q/ (m .ce) + Tfinal = Tinicial

El ce yT que se encuentran en el numerador pasan aldenominador del otro miembro de la igualdad

En este caso m yT que se encuentran en el numerador pasan aldenominador del otro miembro de la igualdad

Aqu m y ce que se encuentran en el numerador pasan aldenominador del otro miembro de la igualdad

Aqu se reemplaza elT por su igual ( T final T inicial) ycomo temperatura inicial se encuentra restando, se pasa al otromiembro de la igualdad sumando

Aqu se reemplaza elT por su igual ( T final T inicial) ycomo temperatura final se encuentra positivo, se pasa al otromiembro de la igualdad negativo. Al quedar la temperaturainicial con signo negativo podemos colocarle a ambasigualdades signo negativo en el frente y transformar de estamanera el negativo de T inicial en positivo


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DDIILLAATTAACCIINNTTRRMMIICCAA

Se denomina dilatacinal cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensin mtrica que sufre un cuerpofsico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.Casi todos los slidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatacin o

contraccin es pequea, pero sus consecuencias son importantes.Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0 a 50 podr aumentar unos 12 cm. de longitud; si susextremos son fijos se engendrarn tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodilloscomo muestra la ilustracin. En las vas del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por lamisma razn; este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones.

PPOORRQQUUSSEEDDIILLAATTAANNLLAASSSSUUSSTTAANNCCIIAASSCCOONNLLAATTEEMMPPEERRAATTUURRAA??La temperatura no es ms que la expresin del grado de agitacin de las partculas o molculas de unasustancia. Cuando se da calor a un slido se est dando energa a sus molculas; stas, estimuladas, vibranms enrgicamente. Es cierto que no varan de volumen; pero se labran un espacio ms grande para su mayoroscilacin, de manera que al aumentar la distancia entre molcula y molcula el slido concluye por dilatarse.La fuerza que se ejerce en estos casos es enorme.

AALLGGUUNNAASSAAPPLLIICCAACCIIOONNEESSLa dilatacin trmica puede aprovecharse.

El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces ms que el hierro. Si soldamos en una barra dos tirasparalelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatacin del aluminio har que la barra se doblehacia un lado; y si la enfriamos ocurrir exactamente al contrario. Habremos fabricado as untermmetro que puede sealarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato

La dilatacin tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Paracolocarlo se lo enfra en oxgeno lquido; se lo coloca mientras est contrado, y al dilatarse yrecuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar.

Existen as muchos disyuntores, que cortan la corriente elctrica, o aparatos que desencadenan algn

otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crtico. En las carreteras de hormign o en los embaldosados de gran tamao se ven, a intervalos regulares

lneas de material asfltco destinadas a absorber las dilataciones producidas por el calor; de otromodo la construccin saltara en pedazos en los das de mucho sol.

El vidrio comn es un mal conductor del calor y se dilata apreciablemente; si echamos aguahirviendo en un vaso grueso, la parte interior se calienta y expande, mientras la parte exterior quedafra y encogida, de modo que el recipiente se rompe. Si previamente, colocamos una cuchara capaz deabsorber el calor, neutralizaremos en parte la brusquedad del ataque y salvaremos el vaso.

El vidrio pirex se usa para cambios bruscos de tempetatura, simplemente porque su coeficiente (le

dilatacin es muy bajo y se libra as del peligro de ruptura. Los lquidos se dilatan mas que los slidos: el mercurio sube en el termmetro porque se dilata ms

que el recipiente de vidrio que lo contiene.


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CCLLCCUULLOODDEEDDIILLAATTAACCIINN

Los efectos comunes de cambios de temperatura son cambios de tamao y cambios de estado de losmateriales. Consideremos los cambios de tamao que ocurren sin cambios de estado. Tomaremos comoejemplo un modelo simple de un slido cristalino. Los tomos estn sostenidos entre s, en un ordenamientoregular, mediante fuerzas de origen elctrico.Cuando aumenta la temperatura se incrementa la distancia media entre los tomos. Esto conduce a una

dilatacin de todo el cuerpo slido conforme se eleva la temperatura. El cambio de cualquiera de lasdimensiones lineales del slido, tales como su longitud, ancho espesor, se llama dilatacin lineal.Si la longitud de esta dimensin lineal es L, el cambio de longitud, producido por un cambio de temperatura

T ( se lee delta T y corresponde a la diferencia entre la temperatura final y la inicial). Experimentalmenteencontramos que, si delta T es suficientemente pequea, este cambio de longitud es proporcional al cambiode temperatura. Por con siguiente, podemos escribir:

O sea:( longitud final longitud inicial) = longitud inicial . coeficiente de dilatacin . (temperatura final temperatura inicial)

El coeficiente de dilatacin final, (lambda), es una constante cuyo valor depende del material que estemos

considerando y se mide en grados centgrados inversos C-1o lo que es lo mismo 1/C. Algunos coeficientesde dilatacin lineal son:

L = Li .

T

Aluminio0,000024 C-1Bronce 0,000018 C-1Hormign0,000018 C-1Cobre0,000017 C-1Fundicin de hierro 0,000012 C-1Acero0,000013 C-1

Platino0,000009 C-1Vidrio trmico0,000003 C-1Vidrio comercial 0 000011 C-1Cuarzo fundido 0,0000005 C-1Invar (aleacin)0,0000009 C-1Roble, a lo largo de fibra 0,000005 C-1Roble, a lo ancho de fibra 0,000054 C-1Caucho duro0,000080 C-1


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UNIDAD N 3 : EnergaEnerga: concepto. Transformaciones de la energa. Principio de conservacin. Degradacin de la energa.Unidades de energa. Clculos de energa cintica y de energa potencial. Clasificacin de las fuentes de

energa.Energa nuclear. Introduccin a los diferentes modelos atmicos. A. Z. Istopos

IInnttrroodduucccciinn

La energa es la fuerza vital de nuestra sociedad. De ella dependen la iluminacin de interiores y exteriores, elcalentamiento y refrigeracin de nuestras casas, el transporte de personas y mercancas, la obtencin dealimento y su preparacin, el funcionamiento de las fbricas, etc.Hace poco ms de un siglo las principales fuentes de energa eran la fuerza de los animales y la de loshombres y el calor obtenido al quemar la madera. El ingenio humano tambin haba desarrollado algunas

mquinas con las que aprovechaba la fuerza hidrulica para moler los cereales o preparar el hierro en lasferreras, o la fuerza del viento en los barcos de vela o los molinos de viento. Pero la gran revolucin vino conla mquina de vapor, y desde entonces, el gran desarrollo de la industria y la tecnologa han cambiado,drsticamente, las fuentes de energa que mueven la moderna sociedad. Ahora, el desarrollo de un pas estligado a un creciente consumo de energa de combustibles fsiles como el petrleo, carbn y gas natural.En fsica se define energa como la capacidad para realizar un trabajo

La energa se manifiesta realizando un trabajo. Por eso sus unidades son las mismas que las del trabajo.

En el SI (Sistema Internacional de Unidades) la unidad de energa es eljulioojoule. Se define como eltrabajo realizado cuando una fuerza de 1 newton desplaza su punto de aplicacin 1 metro.En la vida corriente es frecuente usar la calora. 1 Kcal = 4,186 103julios. Las Caloras con las que se mideel poder energtico de los alimentos son en realidad Kilocaloras (mil caloras).Para la energa elctrica se usa el kilovatio-hora. Es el trabajo que realiza una mquina cuya potencia es de 1KW durante 1 hora. 1 KW-h = 36105JCuando se estudian los combustibles fsiles como fuente de energa se usan dos unidades:

tec(tonelada equivalente de carbn): es la energa liberada por la combustin de 1 tonelada de carbn(hulla) 1 tec = 29,3 109J

tep(tonelada equivalente de petrleo): es la energa liberada por la combustin de 1 tonelada de crudo depetrleo. 1 tep = 41,84 109J

El Trabajoes una de las formas de transmisin de energaentre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer unafuerza sobre un cuerpo y que ste se desplace.El trabajo, W, de una fuerza aplicada a un cuerpo es igual al

producto de la fuerzaen la direccin del movimiento, F, por eldesplazamiento, d, del cuerpo

El trabajo, W, se mide en julios (J). La fuerza se mide en newtons(N) y el desplazamiento en metros (m).

UUnniiddaaddeessddeeeenneerrggaa

TTrraabbaajjoo

W = Fd


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Las fuentes de energa se pueden clasificar siguiendo dos criterios:

a- De acuerdo a su uso masivo o no, se clasificarn en : Convencionales: son aquellas fuentes de energa de uso masivo, como los combustibles fsiles No convencionales. Son aquellas fuentes de energa que se usan en pequea o mediana escala, o que

se encuentran en fase de experimentacin. Por ejemplo energa de biomasa, mareomotriz, etc.

b- De acuerdo a su capacidad de no agotarse se clasificarn en: Renovables:Son aquellas fuentes de energa inagotables que,tras ser utilizadas, se pueden

regenerarde manera natural o artificial. Algunas de estas fuentes renovables estn sometidas a ciclosque se mantienen de forma ms o menos constante en la naturaleza.Existen varias fuentes de energarenovables, como son: Energa mareomotriz (mareas), Energa hidrulica (embalses), Energa elica

(viento), Energa solar (Sol), Energa de la biomasa (vegetacin) No renovables: es aquella que existe en una cantidad limitada en el planeta y que una vez empleada

en su totalidad no puede sustituirse ya que su velocidad de consumo es mayor que la de suregeneracin. Por ejemplo la proveniente de los combustibles fsiles (carbn, petrleo y gas natural) yla energa nuclear (fisin y fusin nuclear).

Existen dos formas de energa dentro de las cuales podramos agrupar todas las demas, ellas son:

a- Energa cintica

Energa que un objeto posee debido a su movimiento. La energa cintica depende de lamasa y la velocidad del objeto segn la ecuacin:

E = mv2 donde m es la masa del objeto y v2la velocidad del mismoelevada al cuadrado.

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La energa asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una super

se denomina energa potencial. Si se deja caer el objeto, la energa potencialconvierte en energa cintica.Tambin se la puede definir como la energa almacenada que posee un sistecomo resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo,mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por l

pelota y la Tierra tiene una determinada energa potencial; si se eleva ms lapelota, la energa potencial del sistema aumenta. Para proporcionar energapotencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzolevantar una pelota del suelo, estirar una cinta elstica o juntar dos imanes p

polos iguales. De hecho, la cantidad de energa potencial que posee un sisteigual al trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en cierta configuraciLa energa potencial tambin puede transformarse en otras formas de energejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la energa

potencial se transforma en energa cintica.La energa potencial gravitatoriaes la que posee un cuerpo debido a su

posicin dentro del campo gravitatorio de la superficie terrestre; se mide en jy se calcula mediante la frmulaEp = m g h,donde m es la masa, g laaceleracin de la gravedad y h la altura en la que se encuentra el cuerpo.

b- Energa potencial


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DE ACUERDO A SU ORIGEN PUEDEN SER:

a- Energa mecnica:La suma de las energas potencial y cintica de un cuerpo es la energa mecnica.

b- Energa qumica:La energa qumica est almacenada en los enlaces que unen entre s los tomos que

forman las molculas de las sustancias y; puesto que las fuerzas que mantienen unidos a los tomos son deorigen electromagntico, puede decirse que la energa qumica es en realidad, una forma de energaelectromagntica. Esta forma de energa se encuentra en los combustibles como, gas, carbn y alimentos.

c- Energa elctrica:Producida por las cargas elctricas que se originan en las fuerzas electromagnticas deatraccin y de repulsin que existen entre los cuerpos con carga elctrica.

d- Energa elstica:es la que se produce por deformacin de los materiales

e- Energa trmica:A la energa que se transfiere de los objetos mas calientes hacia los mas fros se laconoce como calor o energa trmica

f- Energa radiante:todos los cuerpos que tienen luz envan energa con sus radiaciones al medio que losrodea, pero existen otros tipos de radiaciones invisibles al ojo humano que tambin transportan energa comolos rayos x, las microondas, las ondas de radio y televisin,y los rayos ultravioletas. Aunque no podamosverlo, todos los objetos emiten energa radiante en una proporcin que depende de su temperatura.

g- Energa hidrulica:Energa que se obtiene de la cada del agua desde cierta altura a un nivel inferior loque provoca el movimiento de ruedas hidrulicas o turbinas.

h- Energa solar:

Hace ms de un siglo, se aprovecha la energa hidrulica para generarelectricidad, y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para

producirla.El aprovechamiento de la energa potencial del agua para producir energaelctrica utilizable, constituye en esencia la energa hidroelctrica. Es portanto, un recurso renovable y autctono. El conjunto de instalaciones einfraestructura para aprovechar este potencial se denomina centralhidroelctrica.

Energa radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusin.

Llega a la Tierra a travs del espacio en cuantos (pedacitos) de energa llamadosfotones, que interactan con la atmsfera y la superficie terrestres.Un sistema de aprovechamiento de la energa solar muy extendido es el trmico. Elmedio para conseguir este aporte de temperatura se hace por medio de colectores.El colector es una superficie, que expuesta a la radiacin solar, permite absorber sucalor y transmitirlo a un fluido.Gran parte de la energa que hay en la Tierra procede del sol. As, sin energa solar nocreceran plantas en el planeta y por lo tanto no existira el carbn procedente de ellas,tampoco se podra realizar fuego, no existiran lluvias, ni viento, ni siquiera existira el

ser humano; en definitiva no habra vida. Otro sistema de aprovechamiento de laenerga del Sol se utiliza para producir energa elctrica y se denomina conversinfotovoltaica.Las clulas de los paneles solares estn fabricadas de unos materiales con unas

propiedades especficas, denominados semiconductores, que captan la energa Solar yla transforman en energa elctrica.


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30

i- Energa geotrmica:La energa geotrmica se basa en el hecho de que la Tierra est ms caliente cuantoms profundamente se perfora. La energa geotrmica puede derivarse de vapor de agua atrapado a gran

profundidad bajo la superficie terrestre. Si se hace llegar a la superficie, puede mover una turbina paragenerar electricidad.

Nuestro planeta guarda una enorme cantidad de energa en su interior. Un volcn o un giser es una buena

muestra de ello. La forma ms generalizada de explotarla, a excepcin de fuentes y baos termales, consisteen perforar dos pozos, uno de extraccin y otro de inyeccin.En el caso de que la zona est atravesada por un acufero se extrae el agua caliente o el vapor, este se utilizaen redes de calefaccin y se vuelve a inyectar, en el otro caso se utiliza en turbinas de generacin deelectricidad.

j- Energa elica: El viento, es decir, el aire en movimiento, posee una energa cintica que puedetransformarse en otras energas en las centrales elicas.

k- Energa mareomotriz:Los mares y los ocanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puedeextraer energa de orgenes diversos.

La radiacin solar incidente sobre los ocanos, en determinadas condiciones atmosfricas, da lugara los gradientes trmicos ocenicos (diferencia de temperaturas) a bajas latitudes y profundidadesmenores de 1000 metros. La conversin de energa trmica ocenica es un mtodo de convertir enenerga til la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra a100 m de profundidad. Las ventajas de esta fuente de energa se asocian a que es un salto trmico

permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede tener ventajas secundarias,tales como alimentos y agua potable, debido a que el agua fra profunda es rica en sustanciasnutritivas y sin agentes patgenos.La iteracin de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas. Lasolas del mar son un derivado terciario de la energa solar. El calentamiento de la superficieterrestre genera viento, y el viento genera las olas. Una de las propiedades caractersticas de lasolas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sin apenas prdida de energa. Por ello, laenerga generada en cualquier parte del ocano acaba en el borde continental. De este modo la

energa de las olas se concentra en las costasLa influencia gravitatoria de los cuerpos celestes sobre las masas ocenicas provoca mareas.

En el caso de no disponer de un acufero, se suele proceder a lafragmentacin de las rocas calientes y a la inyeccin de algn fluido.Es difcil el aprovechamiento de esta energa trmica, ocasionado por el bajoflujo de calor, debido a la baja conductividad de los materiales que la

constituyen; pero existen puntos en el planeta que se producen anomalasgeotrmicas, dando lugar a gradientes de temperatura de entre 100 y 200C

por kilmetro, siendo estos puntos aptos para el aprovechamiento de estaenerga

Una central elica esta compuesta por varias hlices, conectadas a generadores decorriente elctrica, que estn situadas en los extremos de torres de gran altura.

Cuando el viento sopla, se produce un movimiento giratorio de las hlices,movimiento que, trasladado al generador, hace que este produzca una corrienteelctrica.


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m- Energa nuclear:es la energa obtenida por fusin o fisin de los ncleos de los tomosLos ncleosde los tomos poseen cierta inestabilidad debido a la concentracin de cargas positivas (protones) en unespacio reducido, esto hace que la fuerza de repulsin sea importante y pueda llegar a separar el ncleo en

pedazos liberando una inmensa cantidad de energa nuclear, a este fenmeno se lo conoce como fisinnuclear. Tambin se produce energa nuclear por fusin, como en el sol.

Energa nuclear producida por una central Energa nuclear producida por unanuclear de forma controlada bomba atmica de forma incontroladaPara entender un poco mejor la energa nuclear es necesario conocer mejor al tomo.Desde la Antigedad, el ser humano se ha cuestionado de qu estaba hecha la materia.Unos 400 aos antes de Cristo, el filsofo griego Demcritoconsider que la materia estaba constituida por

pequesimas partculas que no podan ser divididas en otras ms pequeas. Por ello, llam a estas partculastomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demcrito atribuy a los tomos las cualidades de sereternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo las ideas de Demcrito sobre la materia no fueron aceptadas

por los filsofos de su poca y hubieron de transcurrir cerca de 2200 aos para que la idea de los tomosfuera tomada de nuevo en consideracin.

Ao Cientfico Descubrimientos experimentales Modelo atmico

1808

John Dalton

Durante el s.XVIII y principios del XIXalgunos cientficos habaninvestigado distintos aspectos de las

reacciones qumicas, obteniendo lasllamadas leyes clsicas de laQumica.

La imagen del tomo expuesta porDalton en su teora atmica, paraexplicar estas leyes, es la de minsculaspartculas esfricas, indivisibles einmutables,iguales entre s encada elementoqumico.

1897

J.J. Thomson

Demostr que dentro de los tomoshay unas partculas diminutas, concarga elctrica negativa, a las que sellam electrones.

De este descubrimiento dedujo que eltomo deba de ser una esfera demateria cargada positivamente, en cuyointerior estaban incrustados loselectrones.(Modelo atmico deThomson.)

1911

E. Rutherford

Demostr que los tomos no eranmacizos, como se crea, sino queestn vacos en su mayor parte y ensu centro hay un diminuto ncleo.

Dedujo que el tomo deba estarformado por una cortezacon loselectrones girando alrededor de unncleo central cargado positivamente.(Modelo atmico deRutherford.)

1913

Niels Bohr

Espectros atmicosdiscontinuosoriginados por la radiacin emitidapor los tomos excitados de los

elementos en estado gaseoso.

Propuso un nuevo modelo atmico,segn el cual los electrones giranalrededor del ncleo en unos nivelesbien definidos.(Modelo atmicode Bohr.)


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33

Actualmente en el tomo distinguimos dos partes: el ncleoy la corteza.- El ncleo es la parte central del tomo y contiene partculas con carga positiva, los protones, y partculasque no poseen carga elctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protn es similar a la de unneutrn.Todos los tomos de un elemento qumico tienen en el ncleo el mismo nmero de protones. Este nmero,que caracteriza a cada elemento y lo distingue, es el nmero atmicoy se representa con la letra Z.

- La corteza es la parte exterior del tomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. stos,ordenados en distintos niveles, giran alrededor del ncleo. La masa de un electrn es unas 2000 veces menorque la de un protn.Los tomos son elctricamente neutros, debido a que tienen igual nmero de protones que de electrones. As,el nmero atmico tambin coincide con el nmero

IstoposLa suma del nmero de protones y el nmero de neutrones de un tomo recibe el nombre de nmero msicoy se representa con la letra A. Aunque todos los tomos de un mismo elemento se caracterizan por tener elmismo nmero atmico, pueden tener distinto nmero de neutrones.

Llamamos istoposa las formas atmicas de un mismo elemento que se diferencian en su nmero msico.Para representar un istopo, hay que indicar el nmero msico (A)

propio del istopo y el nmero atmico (Z), colocados como ndicey subndice, respectivamente, a la izquierda del smbolo del elemento.Ahora, retomando el concepto de energa nuclear profundizaremos en las dos formas que existen para

producir energa nuclear:

La Fusin nuclearconsiste en la unin de varios ncleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) comolos istopos de hidrgeno, deuterio y tritio para formar otro ms "pesado" y estable como helio mas unneutrn,

La Fisin nuclearconsiste en la fragmentacin de un ncleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en

otros dos ncleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones.Los neutrones que se desprenden en la fisin pueden romper otros ncleos y desencadenar nuevas fisiones enlas que se liberan otros neutrones que vuelven a repetir el proceso y as sucesivamente, este proceso se llamareaccin en cadena.Gran parte de las centrales nucleares existentes en la actualidad se basan en reactores de fisin, utilizandocomo combustible uranio compuesto de entre un 3,5% y un 4,5% de U-235 y el resto de U-238 (Este istopoes el conocido como uranio enriquecido

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esto produce un gran desprendimiento de energa. Para

que los ncleos ligeros se unan, hay que vencer lasfuerzas de repulsin que hay entre ellos. Por eso, parainiciar este proceso hay que suministrar energa (estos

procesos se suelen producir a temperaturas muy elevadas,de millones de C, como en las estrellas). Este proceso se

produce en el Sol a temperaturas de millones de grados

La reaccin nuclear en cadena genera la energa controlada y se producecuando un ncleo de Uranio-235 se divide en dos o ms ncleos por la

colisin de un neutrn. De este modo, los neutrones liberados colisionan denuevo formando un reaccin en cadena.En las centrales nucleares por fisin, el calor desprendido de las reaccionesgenera vapor de agua, el cual, al pasar por un sistema de turbinas, genera laelectricidad que puede ser trasladada a la red elctrica.


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CUADERNILLO FISICO-QUIMICA 2°

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