Fisicoquimica

APUNTES DE FISICOQUÍMICA
FISICOQUÍMICA I.-INTRODUCCION

La fisicoquímica es una ciencia que aborda distintas materias del conocimiento científico tanto del mundo físico macroscópico (sistemas termodinámicos en equilibrio, procesos de sistemas en transición o en estado estacionario), como microscópico (mecánica cuántica, fisicoquímica estadística, etc.). Un concepto básico para los estudiosfisicoquímicos es el de sistema. Este es una porción del universo, acotada por límites reales o mentales, que contiene materia y se específica por propiedades que emanan de su estado termodinámico. Lo que rodea al sistema se denomina sus alrededores. Los conceptos claves de un sistema fisicoquímico son su energía interna y la entropía que son propiedades de estado del mismo. Otras propiedades deestado son la presión, el volumen y la temperatura que especifican el sistema PVT. Se estudiará: • • • • • • • • • • Propiedades de los gases Propiedades de líquidos y sólidos Leyes de la termodinámica Equilibrio químico Termodinámica de soluciones Celdas electroquímicas Cinética química Introducción a la física cuántica. Fisicoquímica, G. W. Castellan, , 1998, Addison Wesley de México. Introducción ala termodinámica en ingeniería química; Smith, Van Ness, Abbot; 1997, McGraw Hill/interamericana Editores, México. Química fisica, Walter J. Moore; 1953, Manuel Marín y Cía Editores, España.-

Los textos de referencia para el estudio son los siguientes:

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Estos apuntes están orientados a servir de primera guía para los estudiantes, por tanto la complementación a ésta deberá efectuarse conlos textos indicados arriba.

II. CONCEPTOS BÁSICOS

1. Materia. Cualquier sistema constituido de pequeñas unidades básicas, denominadas átomos y/o iones, en sistemas macroscópicos, o bien, de partículas elementales, constituyentes de los primeros (protones, neutrones, electrones y quarks) se denomina materia. La materia, a su vez, se clasifica en sustancia y mezclas de sustancias. Laprimera puede presentarse como elementos (Fe, N, O, etc.) que no pueden descomponerse en unidades más simples por métodos fisicoquímicos ordinarios; o como un compuesto (H2SO4, NH3, H2O, etc.). Las sustancias son entes únicos, en el sentido que sus estructuras son constantes con relación a sus estructuras básicas que las constituyen y por tanto muestran características físicas y químicas definidas encondiciones determinadas, esto es sus propiedades no dependen de una historia previa o del método de preparación de la sustancia p.ej. NaCl, Fe, H2O, etc. Las propiedades de las mezclas de sustancias, no obstante, dependen de su composición química, que puede variar en un amplio rango de valores, p.e. mezclas de agua y sal. En nuestros alrededores inmediatos encontramos principalmente mezclas desustancias: aire, maderas, clorofila, agua de mar, acero, etc. 2. Masa atómica (peso atómico). Todo átomo esta compuesto de un núcleo y electrones. El primero tiene un diámetro de aprox. 10-14 m, y está en el centro de una nube de electrones de aprox. 10-10 m. Eléctricamente el núcleo y la nube se equilibran exactamente, los protones tienen carga positiva y la nube, carga negativa. Los números queespecifican un átomo son Z y A; el primero indica el número de protones, por tanto el número atómico; el segundo, es el número másico que es igual a Z+N, con N indicando el número de neutrones existentes en el núcleo del átomo, los que tienen carga neutra. Un átomo dado, tiene siempre el mismo número Z, pero A puede ser variable, lo que muestra que puede tener distinto número de neutrones, por tantoA representa los isótopos del elemento. Por ejemplo los núclidos con Z=1 y A=1, 2 ó 3 son los tres isótopos del hidrógeno simbolizados por 11H, 21H, 31H. Los tres isótopos del carbono son, 126C, 136C, 146C. La escala de masas atómica tiene como patrón de referencia el núclido 126C. Por tanto, la unidad de masa atómica, u, se define como 1/12, de la masa atómica del carbono-12. Esto es,...