Lección 5 -Convenciones.pdf

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Leccin 5.-Convenciones para los mtodos de anlisis y

medicin

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Contenidos Densidad Peso especfico relativo Volumen especfico Fraccin molar y fraccin en masa Concentraciones Temperatura Presin Ecuacin qumica. Estequiometra Eleccin de una base de clculo

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Densidad La densidad es la razn de la masa por unidad de

volumenkg/m3 lb/ft3

Las densidades de los lquidos y los slidos no cambia significativamente con la presin en condiciones ordinarias, pero s con la temperatura.

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Peso especfico relativo Es el cociente entre dos

densidades, la de la sustancia de inters y la de referencia ref

A

cmgcmgrep

)/()/(... 3

3

=

La sustancia de referencia en el caso de los lquidos y los slidos normalmente es el agua a 4C

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EJEMPLO 1.- Si el dibromopentano (DBP) tiene unpeso especfico relativo de 1,57, cul es su densidaden a) g/cm3, b) lb/ft3 y c) kg/m3 ?

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EJEMPLO 2.- La concentracin de un medicamento esde 41,2 % (peso) en agua, y el peso especficorelativo de la disolucin es 1,025. Calcule laconcentracin de la disolucin en kg/L.

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Volumen especfico

El volumen especfico de un compuesto es el recproco de la densidad, es decir, el volumen por unidad de masa o cantidad unitaria de material.

Unidades:

ft3/lb cm3/g m3/kg

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EJEMPLO 3.- Un lquido tiene un peso especficorelativo de 0,50.Cul es su densidad en g/cm3?, cul es su

volumen especfico en cm3 /g? cul es su densidaden lb/ft3 cul es la masa de 3,0 cm3 de estelquido?qu volumen ocupan 18 g?

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= 0,50 1,000 g/cm3 = 0,50 g/cm3 Ve = 1/0,50 g/cm3 = 2 cm3 /g

336

3

3

3

23 lb/ft31,21 m10cm

35,31ftm

g4,53610lb

cmg0,50 ==

m = 3,0 (cm3) 0,50 (g/cm3 ) = 1,5 g V = 2 (cm3 /g)18 g = 36 cm3

EJEMPLO 3.- Un lquido tiene un peso especfico relativo de 0,50.Cul es su densidad en g/cm3?, cul es suvolumen especfico en cm3 /g? cul es su densidaden lb/ft3 cul es la masa de 3,0 cm3 de este lquido?qu volumen ocupan 18 g?

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Fraccin molar y fraccin en masa La fraccin molar es el cociente entre la cantidad

de moles de una sustancia especfica y el nmero total de moles presentes.

La fraccin en masa es el mismo cociente expresado en masa

totalmasaAdemasaAmasaenfraccin

totalesmolesAdemolesAmolarfraccin

=

=

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Fraccin molar y fraccin en masaEjemplo 4.- A travs de un tubo fluyen 100 lb/min de A (M = 2 g/mol) y 300 lb/min de B (M = 3 g/mol). Cules son las fracciones en masa y las fracciones mol de A y de B, la velocidad de flujo molar de B, la velocidad de flujo msico total y la velocidad de flujo molar total de la mezcla?

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Fraccin molar y fraccin en masa

XA = 100/400 = 0,25 XB = 300/400 = 0,75

Amol22680 g2

mol lb

g4,53610 lb1002

= B mol45.360 3gmol

lbg4,53610 300lb

2

=

n (total) = 22.680 + 45.360 = 68.040 mol

YA = 22.680/68.040 = 0,33 YB = 45.360/68.040 = 0,67

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Concentraciones Concentracin es la cantidad de un soluto en una

cantidad especificada de disolvente, o de disolucin.

Masa/masa

Volumen/Volumen

Masa/Volumen

ppm%molalidad

ppm%

NormalidadMolaridad

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TEMPERATURA

F = R C = KC = 1,8FK = 1,8R

C + 273 = KC1,8 + 32 = F

F + 460 = R

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TEMPERATURAEjemplo 5.- Convertir la

temperatura de 20 C en F, K y R, y convertir T = 20 C en F,

K y R

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TEMPERATURAEjemplo 6.- La conductividad

trmica del aluminio a 32 F es 117 Btuft/hft2oF. Calcule el

valor equivalente a 0 C en trminos de Btuft/hft2K.

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PRESIN

Presin manomtricaPresin baromtrica

Presin absolutaPresin manomtrica + presin baromtrica = presin absoluta

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EQUIVALENTES DE PRESIN

mm Hg pulg Hg bar atm kPa psia1 - 0,1333

1 0,0338 3,386 0,491229,53 1 0,9872 100,0 14,529,92 1,013 1 101,3 14,696

7,50 0,2954 1 0,145151,71 2,036 6,893 1

25,40750,06

760

3,9710-2 1,33310-3 1,93410-21,31610-33,34210-2

9,87210-36,80510-2

1,00010-26,89310-2

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PRESIN

Ejemplo 7. Convierta una presin de 800 mm de Hg a las siguientes unidades:

a) psia b) kPa c) atm

a) 800 mm Hg(1 psia/51,71 mm Hg) = 15,5 psiab) 800 mm Hg(1 kPa/7,502 mm Hg) = 106 kPa

c) 800 mm Hg(1 atm/760,0 mm Hg) = 1,052 atm

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Reacciones qumicas

Dos o ms molculas distintas pueden intercambiar algunos de sus tomos y dar lugar a nuevas molculas

Reaccin qumica Proceso por el que un

conjunto de sustancias -reactivos- se transforma en otro conjunto de sustancias productos.

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Reacciones qumicas

Reaccin qumica Transcurre normalmente con cambios notables de las

propiedades fsicas cambio de color; formacin de precipitado; desprendimiento de

gas; desprendimiento o absorcin de calor En caso contrario hay que hacer anlisis qumico para saber si ha

tenido lugar una reaccin qumica

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mezcla gaseosa de O2 y H2H2O en estado lquidochispa

2 2 2H ( ) + O ( ) H O( )g g l1) Reactivos y productos:

2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l2) Conservacin de los tomos:

Cada molcula de O2 reacciona con dos molculas de H2

coeficientes estequiomtricos

[Lectura: Petrucci 4.1]

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Ecuaciones qumicas: estequiometra

2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

Interpretacin en trminos atmico-moleculares (microscpicos) Las molculas de reactivos reaccionan entre s, en la

proporcin indicada por los coeficientes estequiomtricos de la izquierda

Intercambian tomos -en uno o en varios pasos- y generan los productos

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2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

Interpretacin en trminos atmico-moleculares (microscpicos)

La proporcin de molculas de productos generadas a partir de molculas de reactivos tambin es la indicada por los coeficientes estequiomtricos

Slo se indica el resultado global de la reaccin Si la reaccin tiene lugar en varios pasos (mecanismo de la

reaccin), las molculas que se generan temporalmente para ser consumidos inmediatamente (intermedios de reaccin) no se indican

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2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

Interpretacin en trminos molares (macroscpicos)

Un mol de dos sustancias cualesquiera contiene el mismo nmero de molculas de cada sustancia por definicin de mol-.

NA, el nmero de Avogadro, 6,0221418 x 1023molculas/mol

P.ej., 2,016 g de H2 y 32,00 g de O2 tienen el mismo nmero de molculas con cuatro cifras significativas (6,022 x 1023 molculas)

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2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

Interpretacin en trminos molares (macroscpicos)

Las cantidades macroscpicas de reactivos que reaccionan entre s guardan la misma proporcin que los coeficientes estequiomtricos, si se expresan en moles

Las cantidades macroscpicas de productos que se generan a partir de los reactivos guardan la misma proporcin que los coeficientes estequiomtricos, si se expresan en moles

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2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

Con cuntos moles de H2 reaccionan 2,40 moles de O2? Cuntos moles de H2O producen?

22 2

2

2 mol H2,40molO =4,80mol H1molO

22 2

2

2mol H O2,40molO =4,80mol H O1molO

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Estequiometra2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

Con cuntos gramos de H2 reaccionan 38,4 gramos de O2? Cuntos gramos de H2O producen? [Masas atmicas: H 1,008; O 16,00]

2 2 22 2

2 2 2

1molO 2mol H 2,016g H38,4g O =4,84g H32,00g O 1molO 1mol H

2 2 22 2

2 2 2

1molO 2mol H O 18,02g H O38,4g O =43,2g H O32,00g O 1molO 1mol H O

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Reactivo limitante

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Reactivo limitanteLos coeficientes estequiomtricos de la ecuacin qumica indican las proporciones de moles de reactivos que pueden reaccionar y las proporciones molares de productos que se formarn.

Cuando se prepara una mezcla de reactivos de modo que los moles de los mismos guardan la misma proporcin que los coeficientes estequiomtricos, se dice que es una mezcla estequiomtrica, o que los reactivos estn en proporciones estequiomtricas.

Reactivo limitanteNormalmente se ponen a reaccionar mezclas no estequiomtricas.

En estos casos, el reactivo que est presente en menor proporcin (respecto a la estequiomtrica) se consume totalmente en la reaccin y determina las cantidades que se consumen de los otros reactivos y las que se forman de productos.

Se le denomina reactivo limitante. Del resto de reactivos decimos que estn en exceso.

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Reactivo limitante2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

Ejemplo 7.- En un recipiente cerrado se prepara una mezcla de 2,40 mol de O2 y 4,00 mol de H2. Se hace saltar una chispa y se produce la reaccin de formacin de H2O indicada ms arriba. Cuntos moles de O2 reaccionan? Cuntos moles de H2 reaccionan? Cuntos moles de H2O se forman?

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Reactivo limitante

2 2 22H ( ) + O ( ) 2H O( )g g l

22 2

2

2mol H2,40molO =4,80mol H1molO

1) 2,40 mol O2 podran reaccionar con 4,80 mol H2, pero slo hay presentes 4,00 mol H2; luego se quedar O2 sobrante sin reaccionar.

22 2

2

1molO4,00mol H =2,00molO2mol H

2) 4,00 mol H2 pueden reaccionar con 2,00 mol O2; como hay presentes 2,40 mol O2, quedaran 0,40 mol O2 sobrantes sin reaccionar.

3) 4,00 mol H2 reaccionan con 2,00 mol O2 y producen 4,00 mol H2O.

4) El resultado de la reaccin es que se consume todo el H2, se producen 4,00 mol H2O y quedan presentes sin reaccionar 0,40 mol O2.

El H2 acta de reactivo limitante

Reactivo limitanteEjemplo 8.- Con el objeto de determinar el valor energtico de la glucosa C6H12O6, se realiza un experimento de combustin completa de la misma. Se preparan 2,30 g de glucosa y 2,30 g de oxgeno. Cunta glucosa y cunto oxgeno se espera que reaccionen? Cul es el reactivo limitante? [Masas atmicas (g/mol): H (1,008); C (12,01); O (16,00)]

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Reactivo limitanteEjemplo 8.- Con el objeto de determinar el valor energtico de la glucosa, se realiza un experimento de combustin completa de la misma. Se preparan 2,30 g de glucosa y 2,30 g de oxgeno. Cunta glucosa y cunto oxgeno se espera que reaccionen? Cul es el reactivo limitante? [Masas atmicas (g/mol): H (1,008); C (12,01); O (16,00)]1) Escribimos y ajustamos la reaccin

6 12 6 2 2 2C H O +6 O 6 CO +6 H O2) Calculamos la cantidad (en g) de glucosa que reaccionara con el oxgeno presente

22

2 2

1molO 1molgluc 180,16g gluc2,30g O =2,15g glucosa32,00g O 6molO 1molgluc

3) Concluimos: Reaccionarn 2,15 g glucosa y los 2,30 g O2; el reactivo limitante es el O2

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Rendimiento

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En el transcurso real de una reaccin qumica suele haber factores que hacen que se obtenga una cantidad de productos menor que la correspondiente a la estequiometra de la reaccin. P.ej., la existencia de otras reacciones secundarias competitivas que generan subproductos.

Rendimiento terico (de un producto): es la cantidad de ese producto que se espera obtener, por la estequiometrade la reaccin, a partir de unas cantidades dadas de reactivos. depende de las cantidades de reactivos de que se parta

Rendimiento real (de un producto): es la cantidad de ese producto que se obtiene realmente a partir de unas cantidades dadas de reactivos. depende de las cantidades de reactivos de que se parta

Rendimiento porcentual, o rendimiento (de un producto):

Rendimiento de las reacciones qumicas

rendimiento realrendimiento (porcentual)= 100%rendimiento terico

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Ejemplo 9.- La urea, CO(NH2)2, se sintetiza a escala industrial por reaccin entre amoniaco y dixido de carbono, que da urea y agua. Por conveniencia metodolgica, se prepara una mezcla de reactivos con una proporcin molar amoniaco/dixido de carbono de 3:1 y, cuando se utiliza sta, se producen 47,7 g de urea por mol de dixido de carbono. Calcula el rendimiento terico, el real y el rendimiento porcentual de la reaccin. [Masas atmicas (g/mol): H : 1,008; C :12,01; N : 14,01; O : 16,00]

( )3 2 2 222 NH + CO CO NH + H O

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1) A partir de la reaccin ajustada:

( )3 2 2 222 NH + CO CO NH + H O

2) Determinamos el reactivo limitante

La proporcin estequiomtrica NH3/CO2 es 2:1. Si se prepara una mezcla de proporcin molar 3:1, hay exceso de NH3 y el reactivo limitante es el CO2, que es quien determina la cantidad de urea que se puede producir.

3) Calculamos el rendimiento terico como la cantidad de urea que se puede producir a partir de la cantidad de CO2 utilizada

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1mol urea 60,06g urea1molCO =60,06g urea1molCO 1mol urea

Rendimiento terico (de urea): 60,06 g

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4) Determinamos el rendimiento real como la cantidad de urea realmente producida a partir de la cantidad de CO2 utilizada

Rendimiento real (de urea): 47,7 g

5) Calculamos el rendimiento porcentual

Rendimiento porcentual (de urea): 79,4%

47,7g urea (producida) 100%= 79,4%60,06g urea (producible)

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Ejemplo 10.- Si la sntesis industrial de urea a partir de amoniaco y dixido de carbono tiene un rendimiento del 79,4%, qu masas de amoniaco y de dixido de carbono se consumen para producir 1000 kg de urea?

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Resolucin ejemplo 10.-

1) Calculamos la cantidad de urea que se producira si el rendimiento fuese del 100%

rendimiento realrendimiento terico = 100%rendimiento porcentual1000 kg urea= 100% = 1260 kg urea

79,4%2) Calculamos las cantidades de reactivos necesarias para producir esa urea; utilizamos la estequiometra de la reaccin global ajustada y las masas atmicas (ejemplo anterior)

3 33

3

2mol NH 17,03g NH1mol urea 1000 g 1 kg1260 kg urea = 715kg NH60,06g urea 1 kg 1mol urea 1mol NH 1000 g

2 22

2

1molCO 44,01g CO1mol urea 1000 g 1 kg1260 kg urea =923kg CO60,06g urea 1 kg 1mol urea 1molCO 1000 g

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Eleccin de una base de

clculo

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Eleccin de una base de clculo La base de clculo es la referencia que se elige

para los clculos que se planea efectuar con el fin de resolver un problema.

Preguntas que se plantean:1) De qu se va a partir?2) Qu respuesta se requiere?3) Cul es la base de clculo ms conveniente?

Cmo escoger una base de clculo?

Ejemplo 11.- Se ha efectuado la deshidrogenacinde los alcanos inferiores empleando xido cricocomo catalizador. Cul es la fraccin en masa y la fraccin molar de Ce y O en el catalizador?Datos masas atmicas (g/mol) Ce: 140,12 ; O:16,00

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Se ha efectuado la deshidrogenacin de los alcanos inferiores empleando xido crico como catalizador. Cul es la fraccin en masa y la fraccin molar de Ce y O en el catalizador?

Base de clculo: 1 mol del compuesto CeO

Fraccin Peso Masa FraccinComponente mol molar molecular g en masa

Ce 1 0,50 140,12 140,12 0,90O 1 0,50 16,0 16,0 0,10

Total 2 1,00 156,1 1,00

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Ejemplo 12.- Considerando que una muestra de 50,0 kg de gas produce 10,0 % de Hidrgeno, 40,0 % de metano, 30,0 % de monxido de carbono y 20,0 % de dixido de carbono, cul es el peso molecular medio del gas?

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Componente mol Peso molecular gCO2 20,0 44,0 880CO 30,0 28,0 840CH4 40,0 16,04 624H2 10,0 2,02 20

Total 100,0 2382

Peso molecular promedio = 2382 kg/100 kmol = 23,8 kg/kmol

Considerando que una muestra de 50,0 kg de gas tiene la siguiente composicin : 10,0 % de Hidrgeno, 40,0 % de metano, 30,0 % de monxido de carbono y 20,0 % de dixido de carbono, cul es el peso molecular medio del gas?

Base de clculo: 100 mol de gas

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Cmo escoger una base de clculo?Ejemplo 13.- El anlisis de un carbn bituminoso produce los siguientes resultados:

Componente % (peso)S 2N 1O 6

Ceniza 11Agua 3

El residuo es C e H con una relacin molar H/C = 9. Calcule la composicin en fraccin en peso del carbn omitiendo la ceniza y la humedad.

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Leccin 5.-Convenciones para los mtodos de anlisis y medicinContenidosDensidadPeso especfico relativoVolumen especfico Fraccin molar y fraccin en masa Fraccin molar y fraccin en masa Fraccin molar y fraccin en masa Concentraciones TEMPERATURATEMPERATURATEMPERATURAPRESINEQUIVALENTES DE PRESINPRESINReacciones qumicasReacciones qumicasNmero de diapositiva 22Ecuaciones qumicas: estequiometraEcuaciones qumicas: estequiometraEcuaciones qumicas: estequiometraEcuaciones qumicas: estequiometraEcuaciones qumicas: estequiometraEstequiometraReactivo limitanteReactivo limitanteReactivo limitanteReactivo limitanteReactivo limitanteReactivo limitanteReactivo limitanteRendimientoNmero de diapositiva 37Rendimiento de las reacciones qumicasNmero de diapositiva 39Nmero de diapositiva 40Nmero de diapositiva 41Nmero de diapositiva 42Nmero de diapositiva 43Eleccin de una base de clculoEleccin de una base de clculoCmo escoger una base de clculo?Cmo escoger una base de clculo?Cmo escoger una base de clculo?Cmo escoger una base de clculo?Cmo escoger una base de clculo?

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