Ejercicios de fisicoquímica 2

Ejercicios de fisicoquímica

Se ha recogido 200ml  de nitrógeno sobre agua a 27°C y 710 mm de Hg de presión total. La  tensión de vapor a esta temperatura es de 25 mm Hg. Calcular el volumen del gas seco (nitrógeno)  a:

a      a)     A Condiciones estándar.

b      b)    A condiciones normales de la ciudad de Cusco.

c      c)     A condiciones normales de Lima.

a)                 Calcular el volumen del gas seco (nitrógeno)  a condiciones estándar:

Presión= 1 atm

Temperatura =  0°C 

DATOS

Volumen  (ml) de nitrógeno convertir a volumen (L)

V(N₂ )=200ml 1L/1000ml=0,2L

Temperatura °C convertir a K

27℃+273.15=300.15K

Presión mmHg convertir a la unidad de atm

Ptotal=710 mmHg *1atm/760 mmHg=0.93421 atm

P(H2O)=25mmHg *1atm/760 mmHg=0.03289 atm

V(N₂ )=? 

SOLUCIÓN

PT=P(H₂O)+P(N₂ )

Despejando la presión del nitrógeno

P(N₂ )=PT- P(H₂O)

P(N₂ )=0,93421atm-0,03289atm

P(N₂ )=0,90132atm

Se utiliza la ecuación universal de los gases ideales

PV=nRT

Se determina los números de moles  del nitrógeno

n=PV/RT

n=(0,90132atm*0,2L)/(0,08206 Latm/molK*300.15K)

n=0,00732mol

Se  calcula el volumen del gas seco (nitrógeno)  a condiciones estándar.

PV=nRT

V=nRT/P

V=(0,00732mol*0.08206 Latm/molK*273.15K)/1atm

V=0,16428L

Para desarrollar la b) y la c) se debe tener en cuenta las condiciones normales  de presión y temperatura (promedio) del lugar:

A condiciones normales de la ciudad del Cusco

La ciudad del Cusco a la altura de 3399  msnm la presión  es de 507.80 mmHg y para los cálculos se considera una temperatura promedio anual de 15° C.   y  para los cálculos  exactos del experimento o ensayo se debe tomar la temperatura del momento y la altura del lugar. 

A condiciones normales de la provincia constitucional del Callao-Lima.

La ciudad del Callao esta a una altura de 5  msnm (prácticamente al nivel de mar) por lo tanto la presión  es de 760 mmHg y con una temperatura promedio anual de 25° C.  Para los cálculos  exactos del experimento o ensayo se debe tomar la temperatura del momento y la altura del lugar.

Un bulbo de densidades  gaseosas pesaba 29,3215 g cuando estaba vacío y cuando se llena con CO₂ a 104 °F y a 101 325 pascal pesa 30,0079 g. Llenado con una mezcla gaseosa de CO y CO2, bajo las mismas condiciones peso 29,9330 g. Calcule el porcentaje volumétrico o molar del CO en la mezcla gaseosa ultima.

DATOS

Bulbo cuando está vacío pesa= 29,3215g

El bulbo  llenado con CO₂ pesa=30,0079g

Temperatura 104 °F

Presión 101 325 pascal

Peso de la mezcla (CO+CO₂)=29,9330g

%V CO=?

SOLUCIÓN

1.- Convertir la temperatura °F a K

Temperatura 104 °F         

104=9/5 (°C)+32

((104-32)*5)/9=°C

La conversión es  40°C +273.15 = 313.15 K

También en forma directa se puede convertir los °F  a K

104=9/5 K-459,67

((104+459,67)*5)/9=313.15 K

2.- Convertir la presión de pascal a atmósfera

Presión 104 pascal

 101 325pa*(1 atm)/(101 325 pa)

Entonces la presión es 1 atm

Utilizando la tabla de conversión

101 325 pa * 9,869x10-6=0.999976425= 1atm

3.- Se calcula el peso de CO2

Peso CO₂= peso del bulbo llenado con CO₂ - peso del bulbo vacío

W CO₂  = 30,0079g - 29,3215g = 0,6864g

4.-Se determina los moles de CO₂

nCO₂=mCO₂/MCO₂ =0,6864g/(44 g/mol)=0,0156 mol

5.-Se determina el volumen del bulbo

V=nRT/P=(0,0156mol*0.08206atm/molK*313.15K)/1atm=0.40087L

6.- Se determina los números de moles finales

n=PV/RT=(1 atm*0,40087L)/(0,08206 Latm/molK*313,15K)=0,01559

7.-Se determina los moles de CO y CO₂ en la mezcla

Sea x = moles de CO 

Sea y= moles de CO₂

Entonces:               x + y =  0,01559 mol    ………………(a)

Si  la masa de la mezcla:  Wm = 29,933g - 29,3215g = 0,6115g

Si la masa  de CO:  WCO =  x mol* 28g/mol =   28x

Si la masa de CO₂:  WCO₂ = y mol*44g/mol = 44y

Por consiguiente:  28x + 44y =  0,6115 mol    …………(b)

Resolviendo  las ecuaciones a y b

    x + y =  0,01559      …………(a)

28x + 44y =  0,6115    …………(b)

x  =  0,01559 – y  reemplazar en (b)

28(0,01559 – y) + 44y   =  0,6115

     0,4368 – 28y + 44y    =  0,6115

y   =   0,011 moles de CO₂ reemplazar en (a)

x + 0,011 =  0,01559       …………(a)

x = 0,01559-0,011= 0,00459 =4,5*10-3 moles de CO

8.-Se calcula el % volumen = % molar

 %VCO₂=0.011/0.0156*100=70.5%

% VCO =100% - 70.5% =  29.5%

DRAE

Sistema

Del lat. tardío systēma, y este del gr. σύστημα sýstēma.

1. m. Conjunto de reglas o principios sobre una materia racionalmente en lazados entre sí.

2. m. Conjunto de cosas que relacionadas entre sí ordenadamente contribuyen a determinado objeto.

3. m. Biol. Conjunto de órganos que intervienen en alguna de las principalesfunciones vegetativas. Sistema nervioso.

4. m. Ling. Conjunto estructurado de unidades relacionadas entre sí que sedefinen por oposición; p. ej., la lengua o los distintos componentes de la descripción lingüística.

Concepto de sistema

Un sistema es un conjunto de funciones que operan en armonía o con un mismo propósito, y que puede ser ideal o real.

Un sistema es un conjunto de elementos con relaciones de interacción e interdependencia que le confieren entidad propia al formar un todo unificado.

Los elementos de un sistema interactúan y se interrelacionan entre sí. En algunos casos pueden existir subsistemas dentro de un sistema. Por ejemplo: En los  sistemas biológicos, las células (subsistemas) dan lugar a un organismo vivo (sistema). En ecología, un charco (subsistema), el subsuelo (subsistema) confluye en sistemas organizados a gran escala, como un ecosistema

Entrada y salida en los sistemas

  

Los sistemas reciben (entrada) datos, energía o materia del ambiente y proveen (salida) información, energía o materia.

Los sistemas reciben (entrada) datos, energía o materia del ambiente y proveen (salida) información, energía o materia.

Por tanto, para estudiar los sistemas se utiliza el enfoque holístico, ya que considera el comportamiento global que tiene funciones (propiedades emergentes) que no aparecen en sus componentes por separado.

Ejemplos de sistemas: El planeta Tierra, un hormiguero, un lago, un vaso.

El sistema y su entorno forman el universo.

La envoltura imaginaria que encierra un sistema y lo separa de sus inmediaciones (entorno) se llama frontera del sistema y puede pensarse que tiene propiedades especiales que sirven para:

 a) aislar el sistema de su entorno

 b) permitir la interacción de un modo específico entre el sistema y su ambiente. 

TIPOS DE SISTEMAS: abiertos, cerrados y aislados.

Los sistemas suelen intercambiar materia, energía e información con el entorno. Teniendo en cuenta los intercambios con el entorno del sistema que estudiamos, distinguimos tres tipos de sistemas:

Sistema Aislado: no entra ni sale materia ni energía. No existen en el universo los sistemas totalmente aislados, se consideran casos de abstracción en períodos determinados de tiempo. Se suponen en equilibrio termodinámico.

Sistema Cerrado: hay entrada y salida de energía pero no de materia.

La pregunta ¿La Tierra es un sistema cerrado o abierto?   Se Podría considerar como un sistema cerrado, ya que prácticamente no entra materia (se escapan algunos gases al espacio y del espacio entra meteoritos, pero la materia que entra y sale es despreciable a efectos globales).

Sistemas Abiertos: son sistemas con intercambio de materia y energía. A estos corresponden los sistemas naturales como charcas, lagos, bosques.

Dibuja los 3 tipos de sistemas:

*       Los saunas. 

     *       Un reactor nuclear. 

*      Una hoguera. 

*       Un motor a combustión. 

*       Las mayoría de las plantas. 

***************************************************

     *       Los bombillos o focos. 

*       Una botella de agua fría. 

*       Un teléfono celular. 

*       El sol. 

*       El planeta tierra. 

 ***************************************************

     *       Una caja fuerte. 

*       Los trajes de neopreno. 

*       Los termos. 

*       Una cava térmica. 

*       Una bombona de gas. 

*       El universo. 

*       Los alimentos enlatados. 

*       Una cámara hiperbárica. 

DINÁMICA DE SISTEMAS. Para estudiar los sistemas se utiliza el enfoque holístico, mediante una metodología conocida como dinámica de sistemas que se basa en observar y analizar las relaciones e interacciones existentes entre las partes del objeto de nuestro estudio, recurriendo al uso de modelos.

CAJA NEGRA

Se utiliza para estudiar las relaciones de un sistema con el exterior sin tener en cuenta lo que sucede dentro del sistema. Se simboliza con una caja negra de la que entran y salen flechas.

Recuerda que los modelos de sistemas de caja negra pueden ser abiertos, cerrados o aislados, según si el sistema intercambia con el exterior materia y energía, energía solamente o ninguna de las dos respectivamente (en selectividad pueden preguntar tipos de sistemas de caja negra, en lugar de tipos de sistemas pero la respuesta es la misma).

CAJA BLANCA.

A diferencia del modelo de caja negra, en el modelo de sistema de caja blanca no sólo interesa lo que entra y sale del sistema, sino que también estudia lo que sucede dentro del sistema.

Para estudiar lo que sucede dentro del sistema se marcan las variables que componen el sistema y se relacionan mediante flechas (usando el modelo de relaciones causales).


Enfoque reduccionista y holístico

Para estudiar cualquier fenómeno se pueden utilizar dos enfoques:

- El enfoque reduccionista: Divide el objeto de estudio en sus elementos y los estudia por separado.

  

  

- El enfoque holístico:

En el caso del medio ambiente son tan importantes los fenómenos como las relaciones entre ellos, por tanto se debe de estudiar tanto los elementos como las relaciones entre ellos. Para estudiar el medio ambiente desde el enfoque holístico se usa la teoría de sistemas.

Para estudiar bien un sistema ambiental se deben estudiar todas las relaciones que hay entre los elementos del medio ambiente).

Sistemas Ambientales

Estos sistemas pueden reunirse en dos grandes grupos:

*Sistemas ambientales naturales

*Sistemas ambientales artificiales

Sistemas Naturales y Artificiales

Existen tres tipos generales de sistemas que encontramos a diario en nuestras vidas: Los sistemas naturales, los sistemas artificiales y un tercero que resulta de la combinación de ambos, que llamaremos sistemas compuestos. Cada uno tiene características particulares, pero con bases idénticas dentro de la teoría de sistemas. 

Un sistema natural es aquella organización relacionada de elementos que surge como una propiedad de la naturaleza. Verbi gratia: el cuerpo humano, un ecosistema, la Tierra, la el Universo.

Un Sistema Artificial sería aquel conjunto organizado, cuyo origen reside en la acción humana, es decir, que han sido creados por el hombre, por lo que en primera instancia se puede también definir como contrarios o antagónicos a los Sistemas Naturales. Verbi gratia: una computadora, un supermercado, el colegio, un avión.

Los sistemas compuestos cuando en un sistema natural existe la participación de una fuerza externa manipulada por el ser humano de forma directa o indirecta. Entre los ejemplos concretos tenemos: manipulación del sistema inmunológico.

LA ECOLOGÍA HUMANA

La ecología humana trata de las relaciones entre las personas y el medio ambiente. Y es la quinta perspectiva relacionada con la sociología,  la antropología cultural, la psicología social, la demografía y la geografía humana. Se dedica al estudio de las conexiones de la población con el ecosistema.

Un ecosistema es todo lo que existe en un área determinada – el aire, el suelo, el agua, los organismos vivos y las estructuras físicas, incluyendo todo lo construido por el ser humano. Las porciones vivas de un ecosistema – los microorganismos, las plantas y los animales (incluyendo a los seres humanos) – son su comunidad biológica.

Los ecosistemas pueden ser de cualquier tamaño:

Un pequeño estanque en un bosque es un ecosistema.

Los pueblos y las grandes ciudades son ecosistemas.

El planeta Tierra es un ecosistema.

Un ecosistema natural y humano

En la ecología humana, el ecosistema lo conforman no sólo los elementos naturales, sino también aquellos otros que ha construido el ser humano, por lo que se considerarán parte de ella desde los organismos vivos, el aire, suelo o el agua, entre otros recursos, además de las estructuras físicas que lo conforman, entre ellas las construcciones arquitectónicas y su conjunto.

Aunque los seres humanos son parte del ecosistema, es útil pensar en la interacción de los seres humanos y el ecosistema como la interacción del sistema social humano y el resto del ecosistema.

El sistema social incluye todo acerca de las personas, su población y la psicología y organización social que moldean su comportamiento. El sistema social es un concepto central en la ecología humana porque las actividades humanas que ejercen algún impacto sobre los ecosistemas están fuertemente influenciadas por la sociedad en que viven las personas.

Al igual que los ecosistemas, los sistemas sociales pueden tener cualquier escala – desde una familia hasta la totalidad de la población humana en el planeta.

¿Qué es la evolución?

La evolución consiste en el cambio gradual de los seres orgánicos ( animales, plantas)  y inorgánicos (rocas, los planetas y las estrellas): es decir  existe una evolución biológica, una  evolución geológica e incluso una evolución astronómica.

Evolución geológica del planeta

Los primeros 4.470 a 600 millones de años de la corteza terrestre están registrados en rocas que no contienen casi ningún fósil, es decir, sólo existen fósiles desde  los últimos 600 millones de años.

Por esta razón, los científicos dividen la enorme historia geológica de la Tierra en dos grandes divisiones de tiempo: el Precámbrico (que incluye las eras Azoica, Arcaica y Proterozoica) y el Fanerozoico, que comienza en el Período Cámbrico y llega hasta la época actual, el Holoceno.

El origen de los continentes

Pangea fue el supercontinente que existió al final de la era Paleozoica y comienzos de la Mesozoica que agrupaba la mayor parte de las tierras emergidas del planeta. Se formó por el movimiento de las placas tectónicas, que hace unos 300 millones de años unió todos los continentes anteriores en uno solo; posteriormente, hace unos 200 millones de años, comenzó a fracturarse y disgregarse hasta alcanzar la situación actual de los continentes, en un proceso que aún continúa.

Este nombre  fue usado  por el alemán Alfred Wegener (1912). Etimologicamnete  procede del prefijo griego "pan" que significa "todo" y de la palabra en griego "gea" "suelo" o "tierra". De este modo, quedaría una palabra cuyo significado es "toda la tierra"

La evolución biológica.

Es el proceso por el cual se originó la vida en la Tierra, y que ha dado lugar a la enorme diversidad de seres vivos que pueblan nuestro planeta. La teoría de la evolución, tal como hoy se conoce fue desarrollada por Charles Darwin.

Darwin recopiló durante años una enorme cantidad de ejemplos y datos apoyando la evolución, y su principal aportación fue proponer la selección natural como motor del cambio evolutivo. Es decir, las especies cambian con el tiempo porque sólo los individuos más aptos logran dejar descendencia.

En los tiempos de Darwin (siglo XIX) esta teoría supuso una revolución total contra el pensamiento religioso predominante en aquella época, puesto que al explicar la evolución mediante la selección natural, ya no hacía falta la intervención de Dios. Para muchos, esto suponía aceptar el libre albedrío de las especies, incluyendo los seres humanos, y Darwin encontró cierta oposición a su teoría, incluso entre la comunidad científica.

Entones la evolución biológica es el cambio de las especies biológicas a lo largo del tiempo, responsable de la biodiversidad existente en este momento en el planeta.

EL ORIGEN DE LAS ESPECIES

En 1859 se inicia el Evolucionismo cuando Darwin publica el libro “El Origen de las especies por medio de la selección natural, o la preservación de las razas preferidas en la lucha por la vida”.

Este libro es el inicio de la teoría de la evolución por medio de la selección natural. Lo que significa que el medioambiente donde viven los seres vivos ofrece recursos limitados. Los organismos compiten por ellos y los que consigan adaptarse mejor al medio lograrán más recursos y se reproducirán más y mejor

El 1 de julio de 1858, Darwin y Wallace presentaron de forma simultánea en la Sociedad Lineana de Londres artículos sobre la teoría. Un año después, en 1859, Darwin publicó su gran libro:  “On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life” (El Origen de las especies por medio de la selección natural, o la preservación de las razas preferidas en la lucha por la vida). En la  6ª edición se sintetizo con el titulo El Origen de las Epecies.

¿Es lo mismo la evolución que la teoría de la evolución?

La evolución es un fenómeno natural y la teoría de la evolución es el modelo teórico.

¿Qué es la teoría de la evolución?

Es un modelo que intenta explicar el origen de la biodiversidad que existe en el planeta Tierra.

¿En qué se sustenta la teoría de la evolución de Darwin?

Se sustenta en dos ideas:

1.-Todos los organismos provienen de un ancestro común.

2.- La selección natural es la reproducción diferencial de los genotipos capaz de explicar todas las variaciones que observamos.

¿Fue Darwin el primero en decir que descendemos de los primates?

No. Linneo clasificó a la especie humana dentro de los primates y denominó a nuestra especie homo sapiens.

¿Qué es la selección natural?

Es la reproducción diferencial de los genotipos de los seres vivos en función de las condiciones ambientales, que actúan como filtro selectivo.

¿La evolución biológica es un hecho demostrado?

La evolución biológica  es un hecho demostrado desde diferentes especialidades: biología, genética, biogeografía, geología, paleontología, estratigrafía, física, química, biología molecular y bioquímica.