fenomenos

Tema 4

FENOMENOS DE TRANSPORTE Y
CONDUCTIVIDAD ELECTROLITICA









Departamento de Química Física
Universidad de Valencia.






QF‐III Tema 4





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Índice:

4.1.‐ Introducción
4.1.1.‐ Descripción macroscópica de estados de no equilibrio.
4.1.2.‐ Definiciónde conceptos básicos.
4.1.3.‐ Leyes fenomenológicas.
.

4.2.‐ Tipos de procesos de transporte y propiedades transportadas.
4.2.1.‐ Conducción térmica . Ley de Fourier.
4.2.2.‐ Viscosidad. Ley de Newton. Ley de Poiseuille.
4.2.3.‐ Difusión. Primera ley de Fick.
4.2.4.‐ Conducción iónica: Conductividad eléctrica. Ley de Ohm. Migración.

4.3.‐ Punto de vistamicroscópico. Fenómenos de transporte en gas de esferas
rígidas.
4.3.1.‐ Coeficiente de conductividad térmico, .
4.3.2.‐ Coeficiente de viscosidad, η.
4.3.3.‐ Coeficiente de difusión, D.

4.4.‐ Ecuación general de la difusión.
4.4.1.‐ Segunda ley de Fick.
4.4.2.‐ Soluciones de la ecuación de difusión.
4.4.3.‐ Difusión con convección. Ecuación general de ladifusión
4.4.4.‐ Descripción microscópica de la difusión en líquidos.
4.4.4.1. Ecuación de Langevin.
4.4.4.2. Movilidad iónica. Relación de Einstein. Relación de Nernst‐Einstein.

4.5.‐ Apéndices

4.6.‐ Bibliografía

4.7.‐ Material Adicional.
4.7.1.‐ Ejercicios
4.7.2.‐ Cuestiones









QF‐IIITema 4





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4.1.‐ Introducción

La mayoría de sistemas estudiados en química son sistemas en equilibrio, por ejemplo,
la termodinámica estudiada en cursos anteriores, es de equilibrio. Los procesos que tienen
lugar en esos sistemas son reversibles y fáciles de tratar matemáticamente. En este tema,
vamos a estudiar sistemas que no se encuentran enequilibrio, que evolucionan
irreversiblemente a velocidades distintas de cero.

La parte de la ciencia que se ocupa del estudio de los procesos que dependen de la
velocidad se denomina Cinética o Dinámica.

Un sistema puede estar fuera del equilibrio porque su materia o su energía, o ambas
están siendo transportadas entre el sistema y los alrededores otambién entre una zona del
sistema y otra. Por ejemplo: cuando añadimos un cristal de KMnO4 a un vaso con agua
(Figura 4.1), el permanganato empieza a disolverse y cerca del cristal aparece un color
violeta que se va transmitiendo a todo el vaso (difusión del KMnO4). Estos procesos reciben
el nombre de fenómenos de transporte y su estudio lo aborda la CinéticaFísica.

∆t=∞
∆t




H2O
Disolución




KMnO4


Figura 4.1.‐ Difusión de KMnO4 en el seno de agua

Hay sistemas (las reacciones químicas), que sin que se produzca un transporte de
materia (o energía), decimos que están en no equilibrio, pues en su seno unas especies están
cambiando por otras, es decir que reaccionan. El estudio de estossistemas es objeto de la
Cinética Química.

Puntos de partida para abordar el estudio de los procesos de no equilibrio:
a) Si observamos cierta tendencia a que ocurra un proceso, podemos pensar que el
sistema no está en equilibrio.
b) Para estudiar los procesos de no equilibrio, necesitaremos variables que expresen:
i) La velocidad del proceso.
ii) La extensión dela desviación del equilibrio.
c) Cada uno de los procesos de transporte viene descrito por una ley empírica lineal.
d) Las teorías que explican los procesos de transporte son Teorías Moleculares.
e) El objeto de este tema será el estudio de los distintos tipos de procesos de transporte
que tienen lugar en sistemas simples, monofásicos y multicomponentes desde el punto de vista...