Problemes de Fsica i Fisicoqumica

als Graus de

Cincia i Tecnologia dels Aliments

Nutrici Humana i Diettica

Curs 2013/2014

Departament de Fisicoqumica

Facultat de Farmcia

Universitat de Barcelona

Problemes de Fsica i Fisicoqumica 2012/2013

II. 1. Forces Intermoleculars ........................................................ 1

II. 2. Estat Gass ....................................................................... 1

II. 3. Estats Condensats de la Matria ............................................ 3

III. 1. Equilibri de Fases en Sistemes dun Component ....................... 5

III. 2. Dissolucions no Electroltiques .............................................. 7

III. 3. Dissolucions d Electrlits ..................................................... 10

IV. 1. Fenmens Superficials ......................................................... 12

V. 1. Fenmens de Transport ....................................................... 14

VI. Cintica Qumica .................................................................... 16

Respostes .................................................................................. 20

- 1 -

II. 1. Forces Intermoleculars

1. Indica quin tipus de forces intermoleculars shan de vncer per aconseguir: a) vaporitzar

aigua; b) liquar sofre; c) vaporitzar brom.

2. Quins dels segents composts presenten enllaos pont dhidrogen i quins forces de van

der Waals. NH3, CH4, HF, CH3-COOH, H2S.

3. Explica perqu el Cl2 bull a -34 C i el Br2 ho fa a 58 C.

4. A partir de les dades de la taula, si es formen les molcules AB, AC, AD i BD amb la

mateixa distncia d enlla entre toms:

Element A B C D

Electronegativitat 3,0 2,8 2,5 2,1

a) Classifica-les en ordre creixent pel seu carcter covalent. Justifica la resposta.

b) Quina ser la molcula ms polar, Justifica la resposta.

5. Donades les segents substncies: Br2, NaCl, HBr, BaO, HNO3, MgF2, indica quines

presenten: a) enllaos covalents purs; b) enllaos covalents polars; c) enlla inic; d)

enlla covalent no polar.

6. Les forces de Coulomb habitualment sanomenen com forces de llarg abast (depenen

com a r-2), mentre que les forces de van der Waals sanomenen de curt abast (depenen

com a r-7). a) Suposant que la fora noms depn de r, feu el grfic de F com una funci

de r pels valors r = 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . b) Segons el grfic obtingut justifiqueu

perqu una soluci no electroltica (sense presncia de ions en dissoluci) de 0,2 M es

comporta idealment, mentre que una soluci electroltica (presncia de ions en

dissoluci) de 0,02 M no ho fa.

II. 2. Estat Gass

7. Els productes de fermentaci tamb es poden utilitzar per incrementar el volum del pa,

amb el que es fa ms suau i sabors. La temperatura de fermentaci a 1 atm de

pressi s de 36,5 C. Calcula el volum de CO2 que es produeix en la fermentaci de

1500 g de glucosa. La reacci de fermentaci en absncia doxigen s:

8. Les cerveseries utilitzen el CO2, producte de la fermentaci, per pressuritzar la cervesa

en les ampolles. Cada ampolla t un volum de 300 mL i queda un volum sense ocupar

de 23 cm3. El gas que queda en lampolla cont un 70% de CO2, 28% de N2 i 2% de O2.

Daltra banda hi ha CO2 dissolt en la cervesa en un 3,7% en volum. Si la pressi de cada

ampolla s de 2 atm i la temperatura de 25 C, quants grams, en total, de CO2

sutilitzen en cada ampolla de cervesa?

- 2 -

9. El fumat s una tcnica utilitzada en la conservaci dels aliments degut a la acci secant

i bactericida del fum. Un dels components del fum s el formaldehid (CH2O), que es creu

que s cancerigen. Quina s la pressi parcial de 1,2 g de formaldehid que estan

continguts en 4,5 L de fum a temperatura i pressi normals de treball?

10. Els animals necessiten nitrogen per fabricar les protenes que constitueixen part

essencial de les cllules obtenint-lo daltres animals o directament de les plantes. Les

plantes poden introduir el nitrogen inorgnic en les seves protenes, per tot i que

latmosfera est plena de N2, aquesta molcula s molt estable i no la poden absorbir

directament de laire. La transformaci de N2 es produeix grcies als bacteris i a les

algues fixadores de nitrogen segons:

Aquest procs t un rendiment del 61%. Si en una fbrica utilitzen 300 L de H2 i 350 L

de N2 diaris, a una temperatura de 500C i 500 atm de pressi per fabricar lamonac,

quants cilindres sompliran al dia? Els cilindres estan a 25 C, tenen 30 L de capacitat i

una pressi de 4 atm.

11. Els fertilitzants qumics safegeixen per augmentar la qualitat i rendiment de les collites.

Les plantes necessiten N, P, K, Ca, S i Mg, a ms de CO2 i aigua. La principal matria

prima per elaborar els fertilitzants nitrogenats s lamonac, NH3. En un recipient de 2 L,

a 25 C es colloquen 1,5 g de H2 i 7 g de N2. Quina ser la pressi de lamonac en el

recipient si es considera que es comporta com a gas ideal? Si lamonac es comporta con

un gas de van der Waals, quant disminueix la pressi en percentatge? (per lamonac

podeu prendre: a = 4,17 atmL2mol-2 i b = 0,0371 Lmol-1).

12. Calculeu el volum d1 mol de vapor a 100 C i la pressi d1 atm, suposant que fos un

gas ideal. Trobeu la temperatura a la que el vapor ocupar el volum calculat a lanterior

apartat si obeeix lequaci de van der Waals amb a = 0,55 Pam6mol-2 i b = 30

cm3mol-1.

13. Utilitzeu lequaci de Van der Waals per a calcular la pressi de 1,50 mol de SO2(g)

quan est tancat en un volum de (a) 100,0 L, (b) 20,0 L, (c) 5,0 L, (d) 1,0 L, (e) 0,5 L

a 298 K. En quina de les condicions anteriors la pressi calculada difereix menys de la

calculada amb lequaci dels gasos ideals? Els valors de a i b per al SO2 sn: a = 6,71 L2

atmmol-2 i b = 0,0546 Lmol-1.

14. Utilitzeu lequaci de Van der Waals per a calcular la pressi que exerceix 1,00 mol de

Cl2(g) quan es troba ocupant un volum de 2,00 L a 273 K. Els valors de a i b sn: a =

6,40 L2 atmmol-2, b = 0,0562 Lmol-1. Digueu a qu es degut principalment la desviaci

del comportament ideal en aquest cas, a les forces intermoleculars o al volum de les

molcules?

15. (Examen 2012) Lamonac gas es comporta com un gas de van der Waals amb valors

de a = 0,4225 Pam6mol-2 i b = 0,0371 Lmol-1. Si 3 mols damonac es troben en un

recipient de 10 L a 298 K, determineu matemticament si la desviaci del

comportament ideal s degut al volum de les molcules damonac o als xocs entre elles

i les parets del recipient.

16. (Examen 2013) El dixid de sofre gass sutilitza com a conservant en els vins. La

seva funci s inhibir i/o matar els llevats i les bactries aix com per prevenir loxidaci

dels compostos orgnics del vi. La Comunitat Europea permet utilitzar el dixid de sofre

per sota de les 180 ppm. Si en una ampolla de vi tenim 8,44 x 10-5 mols de SO2 en els

30 mL que queden sense omplir de vi dins lampolla: determineu si el comportament no

- 3 -

ideal de la pressi daquest gas s degut als xocs entre les molcules o al volum finit de

les mateixes a una temperatura de 25 C. Dades: aSO2= 6,803 L2barmol-2; bSO2 = 5,636 x 10-5 m3mol-1).

17. La densitat de l' aigua a 383 K s 0,5678 gdm-3

. Determineu el volum molar de laigua i

el factor de compressibilitat Z.

18. Es fa bombollejar una mostra de N2 a travs d'aigua lquida a 25 C, i desprs es recull

en un volum de 750 cm3. La pressi total del gas, que est saturat amb vapor d'aigua,

s 740 mm Hg a 25 C. La pressi de vapor d'aigua a aquesta temperatura s de 24

mm Hg. Quants mols de N2 hi ha a la mostra? Suposeu comportament ideal.

19. A continuaci es donen dades de la densitat dun gas a 0 C a diferents pressions:

P (atm) 0,5 1,0 1,5 2,0

(gdm-3) 0,29123 0,58410 0,87855 1,1747

Calculeu la massa molecular del gas.

20. A continuaci es donen dades de la densitat de lacetil a 0 C a diferents pressions:

P (atm) 0,25 0,50 0,75 1,0

(gdm-3) 0,29123 0,58410 0,87855 1,1747

Calculeu la massa molecular de lacetil i la massa atmica del carboni acceptant per a

lhidrogen el valor de 1,008 per a la seva massa atmica.

II.3. Estats Condensats de la Matria

21. Un cabell es trenca quan es sotms a una tensi de 1,2 N. Quina ser lrea de la seva

secci transversal si la resistncia a la ruptura daquest material s 1,96 x 108 Nm-2?

22. Lelastina s una protena elstica que es troba en els vertebrats. El seu mdul de Young

val aproximadament 6 x 105 Nm-2. Si estirem una mostra cilndrica delastina d1 cm de

longitud i 0,2 mm de dimetre sota lacci duna crrega de 5 g, quina ser la seva

longitud final?

23. El mdul de compressibilitat per laigua s 2 x 109 Nm-2. Calculeu laugment de pressi

necessari per a fer que 1 m3 daigua disminueixi en 10-4 m3.

24. Un tend t una longitud de 10 cm i una secci de 0,25 cm2, amb un mdul de Young de

1,2 GPa. Si el tend es lesiona en adquirir una deformaci de 1 cm, quina fora mxima

pot suportar el tend sense que es lesioni?

25. Una empresa estudia la compressibilitat daliments com a control de qualitat. Realitzen

mostres cilndriques de laliment (15 mm de dimetre i 10 mm dalada) i mesuren la

- 4 -

deformaci de laliment en funci de la fora aplicada. Un becari ha obtingut el segent

grfic, per no recorda quin grfic correspon a quin aliment