Modulo Fisicoquimica 2014

I

3B-3

MDULO DE APRENDIZAJE

UNIDAD ACADEMICA: FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA

FISICO QUMICA

AUTORES: Q.F. FREDDY ALBERTO GUEVARA ORTEGA

MG. HUGO VILLANUEVA VILCHEZ

AO 2014I.CONTENIDO

1. ENERGIA LIBRE Y EQUILIBRIO

2. ELECTROLITOS

3. FUERZA IONICA Y ACTIVIDAD

4. CONSTANTE DE EQUILIBRIO

5. EQUILIBRIO ACIDO-BASE

6. SOLUCIONES AMORTIGUADORAS APLICACIONES EN FARMACIA

7. ECUACION DE HENDERSON HASSELBACH UTILIDAD

8. EL PH Y EL EQUILIBRIO QUIMICO

9. EL PH CON ACTIVIDAD IONICA

10. MISCIBILIDAD DE LOS LIQUIDOS

11. COEFICIENTE DE REPARTO

12. RENDIMIENTO DE UNA EXTRACCION

13. VELOCIDAD DE UNA REACCION QUIMICA

14. CINETICA DE LAS RxS QUIMICAS

INTRODUCCIN

La fisicoqumica expone los principios fundamentales aplicables a todos los tipos de sistemas fisicoqumicos, hoy en da su campo de aplicacin es tan amplio que est en contacto con todas las ciencias particularmente con las farmacuticas.

El presente trabajo trata de relacionar conceptos tiles fisicoqumicos que el estudiante debe manejar para un mejor entendimiento de las asignaturas siguientes; Farmacologa, Bioqumica, Farmacoqumica, Biofarmacia etc.

Con ellos buscamos desarrollar las competencias a fin de implementar una buena actitud en la aplicacin de los conceptos tericos y prcticos del curso y solventar una buena aptitud conceptual y deductiva en cuanto a la resolucin de problemas planteados por el constante reto del ejercicio profesional.

Dejamos como finalidad y aporte de nuestro curso que el estudiante podr desenvolverse con total seguridad en la implementacin de estrategias que conlleven a mejorar su perfil profesional en el rea de nuestra didctica aplicada.

TITULO II: TERMOQUIMICA

2.1 ENTALPIA DE COMBUSTION

2.1.1. COMPETENCIASComprender y conceptualizar el desalojo de energa en los procesos de combinacin con el oxgeno.

2.1.2. DESARROLLOENTALPIA DE COMBUSTION

Es el calor liberado, a presin constante, cuando se quema una mol de sustancia.

Ejemplo:

CH4 (g) + 2O2 (g) => 2CO2 (g) + 2H2O (l) H = -212.8 Kcal

Lo que significa que cuando se queman 16 g de metano se desprenden 212.8 Kcal.

Estas entalpas se determinan normalmente a 25C y 1 atm. Para determinar la entalpa estndar de formacin de las sustancias, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

1. La entalpa estndar de formacin de los elementos puros, libres y tal como se encuentran en su estado natural es cero.

Por ejemplo:

H2 (g), O2 (g), N2 (g), Cl2 (g), Na (s), etc, tienen

Hf25 = 0, donde Hf25 es la entalpa estandar de formacin.

2. El carbono se presenta a 25C 1 atm de presin y en el estado slido, de varias formas: diamante, grafito, antracita, hulla, coke, etc, pero su estado estandar se define para el grafito, o sea Hf25 del grafito es igual a cero.

3. El azufre se presenta en dos estados alotrpicos, el rombico y el monocclico; su entalpa estandar se define para el rombico o sea Hf25 del rombico es igual a cero.

ENTALPA ESTNDAR de una ecuacin general:

Se calcula restando las entalpas estndares de formacin de los reactivos de las entalpas estndares de formacin de los productos, como se ilustra en la siguiente ecuacin:

Comnmente toda reaccin desaloja o absorbe calor lo que implica una reaccin exotrmica o endotrmica respectivamente. El trmino apropiado para definir esta variable termodinmica es la entalpia.

As tenemos Entalpia de neutralizacin, entalpia de disolucin, entalpia de solvatacin, entalpia de formacin, entalpia de combustin.

La combustin corresponde a una serie de reacciones muy estudiadas y consiste en la combinacin de una molcula con el oxgeno.

Ejemplo: C + 1 O2 ( CO (H1 2

CO + 1 O2 ( CO2 (H2

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

C + O2 ( C O2 ((H1 + (H2)

Se puede notar que las Entalpias de combustin parciales han sido sumadas lo que significa un tratamiento algebraico, esto es comn si aplicamos la Ley de Hess.

En bioqumica es de gran utilidad sobre todo en los procedimientos de combustiones parciales durante la combustin, de la glucosa tanto en la fase aerbica como anaerbica, una combustin muy comn es la siguiente:

C6, H12, O6 + 6O2 ( 6CO2 + 6H2O

Cuyo desalojo energtico es de importancia vital a nivel celular.

2.1.3. Preguntas de Aplicacin:

1) Qu aplicaciones biolgicas tiene la combustin de la glucosa.

2) A qu se denomina Metabolismo

3) Cmo influye el oxgeno en los procesos de combustin a nivel biolgico.

2.1.4. ANEXO

CalorimetraUn calormetro consiste, en esencia, en un recipiente aislado trmicamente y lleno de agua, en la cual se sumerge una cmara de reaccin. En una reaccin exotrmica, el calor generado se transmite al agua y la elevacin de temperatura resultante en sta se lee mediante un termmetro sumergido en ella. Cuando se trata de una reaccin endotrmica, hay que medir la reduccin de la temperatura en vez de su incremento.

La termoqumica es una rama de la fsica qumica que trata de los cambios trmicos asociados a las transformaciones qumicas y fsicas. Su objetivo e la determinacin de las cantidades de energa calorfica cedida o captada en los distintos procesos y el desarrollo de mtodos de clculo de dichos reajustes sin recurrir a la experimentacin.

Para estudiar los efectos qumicos trmicos que acompaan a las reacciones qumicas, la formulacin de soluciones y los cambios fsicos como la fusin o la evaporizacin. Los cambios fisicoqumicos se clasifican como:

Endotrmicos: Acompaados por la absorcin de calor.

Exotrmicos: Acompaados por desprendimiento de calor.

El calor de una reaccin qumica depende de la condicin en que se lleva a cabo el proceso.

Existen dos condiciones particulares en que se desarrollan los procesos, en donde los calores de reaccin son iguales a cambios en funciones termodinmicas.

El primer proceso corresponde a un volumen constante, en donde ningn trabajo se realiza sobre el sistema, obtenindose a partir de la Primera Ley de la Termodinmica.

QV = E....................(1)

Lo que significa que el calor de una reaccin medido a volumen constante es exactamente igual al cambio de energa del sistema reaccionante.

El segundo proceso corresponde a la presin constante, como los efectuados en sistema abiertos a la atmsfera, para los cuales:

QP = H....................(2)

Lo que significa que el calor de reaccin medido a presin constante es igual al cambio de energa del sistema de reaccin.

Es necesario emplear datos obtenidos con bombas calorimtricas, en las cuales se obtiene el cambio de energa (E) y corregirla para calcular H.

Esto se obtiene a partir de la definicin de la entalpa (H).

H = E + PV....................(3)

H = E + (PV)....................(4)

Entendindose por (PV) la diferencia entre los productos PV de productos reactivos.

Como en reacciones a temperatura constante el (PV) depende de los cambios de moles gaseosos entre productos y reactivos, se tiene:

(PV) = nRT....................(5)

Obtenindose as la reaccin entre el cambio de entalpa y el de energa,

H = E + nRT

Donde n se toma como el nmero de moles de producto menos el de reactivos que se encuentran en estado gaseoso.

Ya que E y H son funciones punto, el H el E para cualquier reaccin qumica es indispensable de las posibles reacciones intermedias que puedan ocurrir.

Este es el principio de G. H. Hess; y se conoce con el nombre de la Ley de Hess. La cual se enuncia de la siguiente forma:

El calor producido o absorbido en una reaccin dada, debe ser independiente de la forma particular en que ocurre la reaccinCalor de formacinEs el cambio trmico que implica la formacin de 1 mol de una sustancia a partir de sus elementos. El calor de formacin normal es el calor correspondiente al caso en que todas las sustancias que intervienen en la reaccin tienen cada una actividad unitaria. La entalpa de cada uno de los elementos en su estado normal a 25 C es cero.

Calor de combustinEs la cantidad de calor liberado por mol de una sustancia quemada. Los calores de combustin se pueden emplear directamente para calcular calores de formacin de compuestos orgnicos. Si stos compuestos contienen solo carbono, hidrogeno y oxigeno se necesita la informacin complementaria acerca del calor de formacin del dixido de carbono y del agua lquida.2.1.5. Bibliografa

1. Castellan N, Fisicoqumica. Mxico. Ed. Feiasa. 8va edicin, 2011.2. Levine, Fisicoqumica. Mxico. Ed. Mc Graw-Hill. 9na edicin, 2011.

3. Maron y Lando, Fisicoqumica. Madrid, Masso. 10ma Edicin, 2010. .

4. Laidler Keith, Fisicoqumica. Espaa. Ed. Masson-Salvat 11va Edicin, 2011.

5. Sanz Pedrero, Fisicoqumica para Farmacia y Biologa. Madrid. 6ta edicin, 2012.6. Chang Raymond, Fisicoqumica para Sistemas Biolgicos. Mxico. CECSA. 11va Edicin, 2012.

Revistas

1) J.K. Roberts, Heat and Thermodynamics, Journal of Physical Chemistry, N 97:140-1149 Aug-2013Internet

1) Physical-chemical topics, www.monografias.com, Consultado en: 20 de setiembre 2013.TITULO III: ENERGIA LIBRE Y EQUILIBRIO

3.1 COMPETENCIAS: Determinar la Energa libre con capacidad de trabajo en un sistema en Equilibrio utilizando la K equilibrio, as como tambin los cambios de entalpia y entropa.

3.3DESARROLLO

ENERGIA LIBRE Y EQUILIBRIO

La energa libre es una unidad termodinmica muy usada en biologa, sobre todo en relacin a las constantes de equilibrio de muchos procesos bioqumicos y para determinar de acuerdo a los valores la idea de espontaneidad, es decir, una reaccin bioqumica podr ser estudiada en funcin a su equilibrio, su capacidad de trabajo y la facilidad con la que se realiza.

Las frmulas usadas son las siguientes:

(G = (H - T(S

(G = -2,303 Rt log Keq

donde:

Keq:Constante de equilibrio

(H:Entalpa de la reaccin

T:Temperatura

R:Constante de los gases

(G:Energa libre con capacidad de trabajo.

La constante de equilibrio puede ser graficada con la finalidad de encontrar otros valores de la temperatura; apartir de los cuales se deducen nuevas constantes de equilibrio a diversos valores de temperatura. La frmula es la siguiente:

Log Keq = - A + B

T

Donde:

A:Pendiente

T:Temperatura

B:Constante

Keq:Constante de equilibrio

3.4 PREGUNTAS DE APLICACIN

1) Calcular el AG cuando una mol de N2O2 (g) forma 2 moles de NO2(g) en condiciones estndar a TC. El cambio de entropa es + 4.8 JK-1.2)Considrese el equilibrio

C2H6(g) ( C2H4(g) + H2(g)

Se introduce C2H6 en un recipiente a 1000K y 1 ATM de presin. En el equilibrio, la mezcla contiene 26% del Mol de H2, 26% en mol de C2H4 y 48% en mol de C2H6.

a) Calclese Kpa 1000 K.

b) Calclese AG para estar Rx a 298,15 K.

3.5 Bibliografa





Revistas

1. J.K. Roberts, Heat and Thermodynamics, Journal of Physical Chemistry, N 97:140-1149 Aug-2013Internet

1. Physical-chemical topics, www.monografias.com, Consultado en: 20 de setiembre 2013.TITULO IV : ELECTROLITOS

4.1 COMPETENCIAS:

Entender las reacciones que ocurren en una celda de electrlisis, incluyendo reacciones andicas, reacciones catdicas y reacciones totales y ser capaz de escribir ecuaciones para cualquiera de estas reacciones.

4.2 DESARROLLO

ELECTROLITOS

Un elctrolito es aquella sustancia que tiene capacidad de solvatarse en el agua, formando iones cationes y aniones, tomando la siguiente orientacin en un equipo de electrlisis.

( + ) ( - )

Cl- Na+Anin Catin

Es decir un electrlito permite el paso de la corriente elctrica en disolucin acuosa, de acuerdo al grado de concentracin est su capacidad de conductividad que es mxima cuando la dilucin en infinita.

Los electrlitos generan una presin osmtica mayor que la de un sistema no electroltico por ejemplo en el caso de la presin osmtica hay que incluir una variante i de Vant Hoff.

(= i CRT

donde:

(:Presin osmtica

C:Concentracin

R:Constante de gases

t:Temperatura

Las otras propiedades coligativas tambin estn en funcin del valor i de Vant Hoff.

4.3 PROBLEMA

1. Cul es la presin osmtica a 25C en una solucin que contiene 30g de urea en 1,800ml de agua? Suponiendo que no haya cambio en volumen; cul sera la presin osmtica a 50C, 75C y 90C? Represente grficamente estos valores en funcin de la temperatura y observe como cambia la presin osmtica para una solucin determinada al cambiar la T.

2. Calcular la molalidad de una solucin que tiene una presin osmtica de 1,000 m.m. de Hg a 27C y cuyo disolvente es agua. Cul sera la presin osmtica de la misma solucin a 50C.

4.4 Bibliografa





Revistas

1. J.K. Roberts, Heat and Thermodynamics, Journal of Physical Chemistry, N 97:140-1149 Aug-2013Internet

1. Physical-chemical topics, www.monografias.com, Consultado en: 20 de setiembre 2013.TITULO V: FUERZA IONICA Y ACTIVIDAD

5.1 COMPETENCIAS:

Determinar el coeficiente de actividad usando la fuerza inica y la molaridad.

Escribir y justificar una expresin para el potencial qumico de un soluto, definir su actividad y su coeficiente de actividad y explicar como se pueden medir.

5.2 DESARROLLO

FUERZA IONICA Y ACTIVIDAD

La concentracin molar de una solucin no coincide siempre con su actividad, lo que significa que no todos los iones participan. Esto lleva un estudio de lo que se denomina fuerza inica y coeficiente de actividad, la fuerza inica depende de la carga del in respectivo y de su polaridad. Para el ClNa 0,01 M tenemos:

NaCl Na+ + Cl-0,01 0,01 0,01

( = 1 ((0,01) 12 + (0,01)12( 2

( = 0,01

Para el cloruro de calcio Cacl2 tenemos:

CaCl2 Ca+2 + 2Cl-0,01 0,01 0,02

( = 1 (0,01 (2)2 + 0,02 (1)2( 2

( = 0,03

La fuerza inica sirve para encontrar el coeficiente de actividad que multiplicado por la molaridad me da el verdadero valor de la concentracin

a=( M

Donde:

a=Actividad

(=Coeficiente de actividad

5.4 PROBLEMAS DE APLICACION:

1. Los valores encontrados para el coeficiente de actividad inico medio de disoluciones acuosas de succinato sdico Na2 (CH2COO)2 a varias concentraciones de electrolitos y 25C son los siguientes:

(0,7330,6120,5890,539

M(mol Kg 1)0,0100,0380,0500,090

Hallar a = actividad

2. a) Calcular la Fuerza inica de una solucin 0.001 M en cloruro de sodio y 0.002 M en cloruro de Bario b) Calcular las actividades de los iones sodio y bario en esta solucin a 25C. A esta T L en la Ec. Log = -KZ U tiene un valor de 0.509.

TITULO VI: CONSTANTE DE EQUILIBRIO

3.2COMPETENCIAS Ser capaz de calcular la constante de equilibrio a partir de las concentraciones y determinar el pH y pKa de soluciones de concentraciones conocidas.

3.3DESARROLLO

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

UTILIDAD EN FARMACIA

Las molculas cuando estn en solucin acuosas pueden disolverse simplemente y/o disorciarse parcialmente, un ejemplo tpico es el cido acetico en agua que como cido dbil genera iones hidronio en poca cantidad a diferencia de los cidos fuertes totalmente disociados.

El cido actico se disocia del siguiente modo:

CH3 COOH + H2O Keq CH3 COO- + H+3O

Y su equilibrio se representa:

Keq = ( CH3COO-( (H+3O(

(CH3 COOH(Esta representacin es til para todos los cidos dbiles y a partir de ello y de los valores del pH se deduce fcilmente su constante de equilibrio, la consecuencia de ello es la siguiente frmula:

Ph = 1 PKa - 1 log (cido(2 2

PKa = - log Ka

Donde: (cido( : Concentracin molar del cido

Ka : Constante de equilibrio

Los valores derivados de la frmula anterior dan lugar a un conocimiento de la acidez de cido dbil sin ayuda del pontenciometro.

3.4PREGUNTAS DE APLICACIN1. Si el pH de una solucin, es de 7.36 Cul ser la concentracin de Iones hidrnio de la solucin.

2. En una solucin de cido actico 0.100M, 1.34% del cido esta ionizado a 25C. Calcular la constante de ionizacin a esta temperatura.

3. Calcular la concentracin de iones hidrnio y el grado de ionizacin, en una solucin 0.20M de cido actico a 25C. Supngase un valor de 1.8 x 10-5 para la constante de ionizacin.TITULO 5. EQUILIBRIO ACIDO-BASE

3.2COMPETENCIASEntender el concepto de acidez y alcalinidad a partir de la constante inica del agua y su relacin con los lquidos biolgicos.

3.3DESARROLLOEQUILIBRIO DE ACIDO-BASE

El agua participa directamente en todos los fenmenos de disolucin debido a s equilibrio.

H20 ( H+ + OH

Del cual se deriva:

Kw = [ H+] = [0H]

Cuando el agua es qumicamente pura: la concentracin del

[ H+] = [0H]

Como: [H+] = 10-7 M/L

PH = 7

A raz de esta definicin se ha creado una estrella llamada escala de Sorensen:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Aqu se traduce la idea de acidez y alcalinidad.

Los fluidos biolgicos tiene un pH de acuerdo a las exigencias del sistema enzimtico y de sus funciones as la sangre tiene un pH de 7,35; la saliva 6,5: jugo gstrico, 2; e intestino (nivel intestinal) 8,5; etc. Estos valores se mantiene en muchos casos debido a unas soluciones denominadas amortiguadoras. Que son tampones que evitan e cambio brusco del pH.3.4PREGUNTAS DE APLICACION:

1) Calcular la concentracin de iones hidrgeno a 25 en una solucin de cido carbnico 0.050M.

2) Calcular la concentracin de iones carbonato en una solucin 0.050M de cido

carbnico que es tambin 0.10M en HCl, suponiendo que el HCl est comple-tamente ionizado a esta concentracin. K 1 = 4.47 x 10-7, K 2 = 4.68 x 10-11.

3.1TITULO 6: SOLUCIONES AMORTIGUADORAS. APLICACIONES EN FARMACIA

3.1 COMPETENCIASEntender que es una solucin reguladora o tampn y como funciona ser capaz de realizar clculos sobre soluciones reguladoras, cul es el pH despus que se le ha agregado un cido o una Base y la preparacin de una solucin reguladora de un pH dado.

3.3DESARROLLO

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS APLICACIONES EN FARMACIA

Una solucin amortiguadora es aquella que est formada por un cido dbil y su respectiva sal as tenemos e cido actico y el acetato de sodio, el cido lctico y el lactato de sodio etc. Tambin estn formados por una base dbil y su respectiva sal como el amonaco y el cloruro de amonio, como la efedrina y el clohidrato de efedrina o un alcaloide cualquiera con su respectivo clohidrato (sal)

Las frmulas de las soluciones amortiguadoras son las siguientes:

Para un cido dbil y su sal:

PH = Pka + log [Sal]

[Acido]

Para una base dbil y su clohidrato:

PH = Pkw PkB + log [Base] [Sal]

A partir de estas frmulas se pueden preparar soluciones amortiguadoras que determinen la pareja de sustancias que debe contener un medicamento lquido para no alterar el principio activo, existiendo entonces valores del pH que determinen la solubilidad de una droga.

En los sistemas biolgicos es til para explicar la estabilidad de pH sanguneo o para inducir el porque los procesos de catlisis enzimticas deben tener soluciones tamponadas incluso los medios de cultivo e microbiologa deben contener las siguientes pareja:

Na H2PO 4 Na2 HPO43.4PROBLEMAS DE APLICACION

1) Explicar el significado de los trminos pH, pOH y pKa e indicar la relacin entre ellos. Cunto significa el cambio de 1 unidad de pH en la acidez de una solucin en trminos de la concentracin de iones hidrgeno y iones oxhidrilo?

2) Qu significa el efecto del in comn? Demuestre matemticamente el efecto de agregar un in comn a soluciones de cidos y Bases dbiles.

3.1TITULO 7: ECUACION DE HENDERSON HASSELBACH. UTILIDAD

3.2COMPETENCIASDebe ser capaz de determinar el pH de los lquidos biolgicos utilizando la ecuacin de Hendersson Hasselbach.3.2 DESARROLLO

ECUACIN DE HENDERSON HASSELBACH, UTILIDAD

Las frmulas de esta ecuacin son anlogas a las de las solucione amortiguadoras con una pequea variacin; las formas salinas representan un grupo de molculas que no pueden absorberse en niveles intestinales o gstricos las nuevas frmulas podra escribirse del siguiente modo:

PH = Pka + log [ No] [ Si]

PH = Pkw - Pkb + Log [ Si] [No]

[No] : Molculas con poca posibilidad de atravesar la membrana lipoproteca

[Si] : Molculas que atraviesan la membrana lipoproteca

Lo anterior es explicable si se toma en cuenta que si se toma en cuenta que slo las molculas no ionizada atraviesan la membrana, es decir, las formas cidas y bsicas de las respetivas parejas. Las formas ionizadas hidrosolubles no pueden atravesar la barrera de absorcin pues son lipofbicas.

El porcentaje de absorcin de un medicamento por el mecanismo de difusin simple se puede deducir usando las ecuaciones de Henderson Hasselbach.

3.3 PROBLEMAS DE APLICACION:

1) Obtener la ecuacin de Henderson-Hassel Bach para calcular el pH de una solucin amortiguadora de un cido dbil y una de sus sales altamente ionizadas. Indicar como se puede usar esta ecuacin para calcular las cantidades relativas de cido y de sal que se necesitan para preparar una solucin de pH dado.

2) Explicar en palabras y mediante ecuaciones porque una solucin de un cido diprtico dbil y su sal cida tiene capacidad de amortiguacin.

Ilustrar el caso con el bicarbonato de sodio y el cido carbnico.

3.1TITULO 8: EL PH Y EL EQUILIBRIO QUIMICO

3.2COMPETENCIASEntender la ionizacin del agua y el significado y uso del trmino pH en Base al pH y pOH y ser capaz de realizar clculos del pH de una solucin reguladora despus que se le ha agregado un cido o una Base.

3.3DESARROLLO

EL PH Y EL EQUILIBRIO QUIMICO

El porcentaje de hidrgeno puede medirse usando frmulas simples a partir de la concentracin pero tambin con mecanismos electrnicos como es el caso del potenciometro. El pH tiene la mayor utilidad en el verdadero ajuste que se haga respecto a una sustancia as cuando un medicamento como el Fenolbarbital sdico es muy estable y pH: 8,5 y s necesario colocar un tampn de boratos para mantener el equilibrio qumico y la solubilidad.

El pH tambin se puede deducir a partir de la ecuacin Nernst. Para realizar la medicin por mecanismos electrnicos es necesario tener un electrodo que nos determine la diferencia de potencial y que traduzca esta diferencia e trminos de pH.

Ejemplos: Si se diluye un cido fuerte hasta una concentracin final de 10-8 mol/L Cul ser el pH?

Respuesta: Tericamente de acuerdo a la frmula pH = 8

[H+] = [OH-] = 10-7Esto significa que cuando un cido o una base se dividen mucho la tendencia natura de pH es la neutralidad prevaleciendo el equilibrio qumico del agua.3.4PROBLEMAS DE APLICACION:

1. Calcular la relacin en que se deben mezclar Na+H2PO4- y Na2+HPO42- para obtener una solucin amortiguadora de pH = 7.10; pKa = 7.21. La Rxn de equilibrio es:

HPO42- + H+ ( H2PO4-

En la que el ion H2PO4- es el cido y ( HPO4 ) -2 es la Base.

2. Dar una lista de varios pares de amortiguadores qu quiere decir el trmino eficiencia de amortiguacin? Distinguir entre eficiencia de amortiguacin y capacidad de amortiguacin.

3.1TITULO 9: EL pH CON ACTIVIDAD IONICA

3.2COMPETENCIASDescribir el fundamento fsico de la teora de DEBYE-HCKEL para disoluciones inicas y explicar la formacin y la funcin de la atmsfera inica en la determinacin de los coeficientes de actividad de iones y a partir de ella encontrar el pH.

3.3DESARROLLOEL pH CON ACTIVIDAD IONICA

Normalmente el pH de un HCl 0,01M debera ser igual a 2 pero si se toma en cuenta la verdadera actividad de los iones, esto no es as y mucho ms si el HCl est en medio de NaCl disuelto, entonces las actividades varan de acuerdo a DEBYE-HUCKEL existe una manera de encontrar el coeficiente de actividad de una solucin en funcin a su fuerza inica y al valor de los iones correspondientes:

_

Log = -0,51 Z+1Z-2 u

_

1 + u

donde:

:Coeficiente actividad

u:Fuerza inica

Z+1:Carga (+)Z-2:Carga (-)

0.51:Constante

Finalmente a partir de esta deduccin se encuentra

a = M y luego

Siendo esta la frmula ms cercana para encontrar los verdaderos valores del pH.

3.4PROBLEMAS DE APLICACION:

1) a) Calcular la fuerza inica de una solucin 0.001 M en cloruro de sodio y 0.002 M en cloruro de Bario b) calcular las actividades de los iones sodio y bario en esta solucin. A 25C, a esta temperatura K tiene un valor de 0.509 en la EC Log = -KZ u.2) Cul es el significado de los distintos trminos de la ecuacin de DEBYE y HCKEL? Demuestre que el coeficiente de actividad es independiente de la concentracin del electrolito, excepto en lo que la concentracin afecta la fuerza inica.

3.1TITULO 10: MISCIBILIDAD DE LOS LIQUIDOS

3.2COMPETENCIASExplicar las interacciones hidrofbicas utilizando en algunos casos surfactante. El cu al es una sustancia que se activa en la interfase entre dos fases, como un detergente que es activo en la interfase entre las fases hidrfilas e hidrfobas.

3.3DESARROLLO

MISCIBILIDAD DE LOS LIQUIDOS

Comnmente dos lquidos son inmiscibles cuando forman una interfase as como el agua respecto al aceite eso se debe a sus caractersticas qumicas, e agua es polar no slo eso tambin forman puentes de hidrgeno. El aceite es apolar e hidrofbico.

Esta tensin entre los lquidos puede ser alterada procurando la formacin de una emulsin puede ser por agitacin o por la presencia de un tenso activo como el jabn o el detergente e incluso la misma temperatura.

Muchas veces los lquidos son parcialmente miscibles lo que significa una compatibilidad qumica moderada dependiente de las concentraciones de uno u otro lquido cuando se mezclan.

Cuando se habla de dos lquidos miscibles es mejor dejar de lado el trmino solubilidad que ms se usa para los slidos. Los gases tambin forman parte de la interaccin con los lquidos as tenemos el oxgeno en el agua el CO2 a nivel de la sangre en estos casos es muy importante tomar en cuenta la presin del sistema.

La explicacin de la solubilidad del CO2 y del O2 en medio acuoso son los puentes de hidrgeno.


1) Cuntos mililitros de agua son necesarios para absorber 0.10g de oxgeno a 25C si la presin del oxgeno es a) 200 mm y b) 760mm.

2) El Benceno y el Tolueno forman soluciones de comportamiento casi ideas. A 30C el Benceno o tiene una presin de vapor de 118.2 mm de Hg y el tolueno tiene una presin de vapor de 36.7mm de Hg. Calcular las presiones parciales y la presin total sobre una solucin compuesta de 300g de Benceno y 600 g de tolueno.

3.1TITULO 11: COEFICIENTE DE REPARTO

3.2COMPETENCIASSe establece una frmula a fin de determinar la cantidad de veces que se debe utilizar un lquido para extraer un p.a del seno de otro.

3.3DESARROLLO

COEFICIENTE DE REPARTOCuando un soluto interactan con dos lquidos inmiscibles se solubiliza parcialmente en cada uno de ellos generando una relacin de concentracin de una fase respecto a la otra segn el siguiente esquema:

X1 K = V1

X2 V2

X1

V1

= K

X X1

V2

V1 :Volumen lquido 1

V2 :Volumen lquido 2

X:Soluto inicialmente en V1K:Constante del coeficiente de particin

X X1:Soluto en V2

X1 :Soluto en V1Este valor es de suma utilidad y nos permite saber la cantidad de veces que se debe utilizar de un lquido para extraer un principio activo del seno de otro, mediante la siguiente frmula:

n

Xn = Xo . KV1

KV1 + V2

n:# de extracciones

Xo:Cantidad inicial de soluto

Xn:Cantidad final luego de n extracciones

3.4 PROBLEMAS DE APLICACIN

1. Cual ser el coeficiente de particin de una sustancia orgnica que disuelve cido actico 2 gr. Respecto a una fase acuosa que llega a disolver 1 gr. El volumen de ambas fases es de 200 ml.

2. Que utilidad tiene el rendimiento de una extraccin en la separacin con agua de yodo en una fase clorofrmica.

3.1TITULO 12: RENDIMIENTO DE UNA EXTRACCION

3.2COMPETENCIASComprender que el rendimiento de una extraccin tiene bases qumicas y fsicas entendiendo que a mayor cantidad de fraccionamiento en el volumen total que se extrae existe un mejor rendimiento.

3.3DESARROLLO

RENDIMIENTO DE UNA EXTRACCION

El fundamento terico del rendimiento de una extraccin, por ejemplo de un principio activo en el seno de un lquido; tiene bases qumicas y fsicas; en lo qumico la afinidad respecto a la solubilidad; en lo segundo el nmero de extracciones que se pueden hacer; en el captulo anterior hemos visto que a mayor cantidad de fraccionamiento en el volumen total que se extrae existe un mejor rendimiento.

Si se pudiera extraer gota de un solvente respecto a otro podramos decir de que el rendimiento de extraccin va a ser mximo continuo cuya base fundamental es la divisin en el nmero de extracciones.

15ml

(+) Rendimiento

5ml 5ml 5ml de extraccin

n

Xn = X0 = K V1

KV1 + V2

El rendimiento de la extraccin se puede medir mediante la frmula anterior.

3.4 PROBLEMAS DE APLICACIN

1. Investigar una frmula que determine la cantidad de veces que se debe extraer un principio activo de una solucin con un volumen de lquido extractor determinado.

2. El agua y el cloroformo (Cl 3 CH ) son inmiscibles; el amoniaco se disuelve en ambos; en el cloroformo levemente. Investigar cual es el coeficiente de particin cloroformo / H 2 O

3.1 TITULO 13: VELOCIDAD DE REACCION QUMICA

3.2COMPETENCIASEntender que significan los trminos velocidad de Rx y cintica y ser capaz de decir a partir de la ley de velocidad de Rx. Cul es el orden de la Rx en trminos de un reaccionante especfico o para la reaccin total.

3.3DESARROLLO

VELOCIDAD DE REACCION QUIMICA

La siguiente reaccin qumica:

A K B

Se puede representar en su velocidad de la siguiente manera:

dA = Kan dt

Lo que significa una disminucin de la concentracin del reactante en una infinitesimal proporcin de tiempo dependiente de la concentracin del mismo reactante por una constante de velocidad.

n : Orden de la Reaccin

Las rdenes de la reaccin pueden ser: O, 1era. 2do, 3ero, orden respectivamente.

Una reaccin que no depende de la concentracin del reactante es de orden cero. Cuando la dependencia es de acuerdo a la concentracin del reactante estamos hablando de un 1er orden y cuando existen dos molculas que colisionan para originar de acuerdo a ellas un producto hablamos de un segundo orden, las deducciones de las frmulas se hacen a partir de la siguiente integracin.

2 2

-dA = K dt

An 1 1

3.4PROBLEMAS

1) En un estudio de la saponificacin del acetato de etilo en solucin de hidrxido de sodio a 25C, se encontr que la constante de velocidad tena un valor de 6,5 litros por mol-1min-1. Si las concentraciones del ster. Al final de 20 minutos Cuntos minutos se requieren para reducir en un 50% la concentracin inicial?

2) Demuestre grficamente que la saponificacin del acetato de metilo a 25C es una reaccin de segundo orden, si mezclando volmenes iguales de hidrxido de sodio y acetato de metilo 0.02M se tiene:

TiempoConcentracin ( M)

3

5

7

10

15

21 0.00743

0.00635

0.00552

0.00464

0.00363

0.00290

3.1TITULO 14: CINETICA DE LAS RxS QUMICAS

3.2 COMPETENCIASEstablecer la cintica de las RxS qumicas deduciendo la constante de velocidad de una reaccin aplicndola a radio-isotopos inclusive.

3.3DESARROLLO

CINETICA DE LAS REACCIONES QUIMICAS

Las de importancia farmacuticas se refieren al primer orden donde n = 1 dando lugar a la siguiente frmula:

Log Ao = - Kt + log A1 2,303

Donde:

Ao:Concentracin inicial

A1:Concentracin final

K:Constante de desintegracin o descomposicin

t:Tiempo

Con esta grafica se puede deducir la constante de velocidad a la que se denomina, constante de desintegracin o de descomposicin.

Cuando se habla de un radiofarmaco, la secuencia de primer orden es la misma que, para los medicamentos. Por lo general se aplica para encontrar los tiempos y fechas de expiracin respectivamente.


1) Se mide en una cmara de conteo una muestra de un elemento radioactivo y se obtienen los resultados siguientes:

Tiempo en Aos

0 4 8 12 16 20

Conteo x Min. 17,800 8,9000 4,550 2275 1137 569

Trazar una grfica con los valores del Log de la intensidad (conteos x minuto) en funcin del tiempo. Calcular la constante de envejecimiento y el perodo de vida media (a) a partir de la pendiente de la curva y (b) a partir de la ecuacin integral adecuada.

2) Qu es la radioactividad artificial?. Qu similitud tiene con la cintica de Primer orden?

BIBLIOGRAFA





pH = 7

pH = -Log a

F-CV3-3B-3 Rev. Junio 20074

Modulo Fisicoquimica 2014

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