CONCEPTOS BÁSICOS

FISICO QUIMICA: Estudio de las relaciones entre materia y energía

MAGNITUD FUNDAMENTAL: M, L,T

MAGNITUD DERIVADA: MLT -2

MAGNITUD SISTEMA ABSOLUTO

SISTEMA INGENIERIL

L m m

M Kg Kg

T s s

F N Kgf

FUERZA (F)

gc= factor gravitacional de conversión

1𝑔𝑐

=1𝐾𝑔𝑓

1𝑘𝑔 .𝟗 .𝟖𝑚𝑠2

A. SISTEMA INGENIERIL

Segunda ley de Newton

k = constante de proporcionalidad = 1/gc

 

B. SISTEMA ABSOLUTO

F = m . a

(1/ gc) S. absoluto = (1/ gc) S. ingenieril

𝟏𝒈𝒄

=𝟏𝑵

𝟏𝒌𝒈 .𝟏𝒎𝒔𝟐

TRABAJO (W):

Fuerza ejercida a través de una distancia

δW= F . dxδ = diferencial inexactad = diferencial exacta

δW= F . dx

F = K x

δW= Kx dx

TRABAJO DE RESORTE

න 𝛿𝑊21 = න 𝐾𝑥𝑑𝑥= 𝐾 𝑋22 /122

1

POTENCIA (P):

P= δW / dt P= Fdx / dt = Fv

ENERGIA (E): Capacidad de realizar un trabajo

ENERGIA CINÉTICA (Ec)

MOVIMIENTO LINEAL

MOVIMIENTO CIRCULAR:

ENERGIA POTENCIAL (Ep)

 

ENERGIA INTERNA (U)

Es la energía almacenada en un cuerpo, asociada a la actividad, ubicación y configuración de sus moléculas:

ENERGIA POTENCIAL INTERNA(Epi)

Energía debida a las fuerzas de atracción y repulsión en las moléculas (intermolecular), es función del volumen.

ENERGIA CINETICA INTERNA (Eci)

Energía debida al movimiento (oscilación, rotación y traslación) en las moléculas (intermolecular), es función de la temperatura.

NOTA: NO SE PUEDE MEDIR DE FORMA ABSOLUTA LA ENERGIA INTERNA, SOLO PODEMOS MEDIR LA VARIACIÓN DE LA MISMA.

Trabajo necesario para mover la carga eléctrica de un lugar a otro

a) a través de un conductor

b) En una reacción química

ENERGIA ELECTRICA

OTRAS FORMAS DE ENERGIA POTENCIAL Y CINETICA:

CONCEPTOS:

CARGA ELECTRICA (Q)

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA O AMPERAJE (I)

CONCEPTOS:

CARGA ELECTRICA (Q)

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA O AMPERAJE (I)

DIFERENCIA DE POTENCIAL O VOLTAJE (V)

POTENCIA ELECTRICA (P)

ENERGIA ELECTRICA (Ee)

La intensidad de corriente eléctrica esta relacionada con la resistencia

La ley de Ohm para corriente continua establece que:

donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios

Energía química almacenada : A cada elemento o compuesto le corresponde cierta cantidad de energía química almacenada a la que se le denomina contenido energético.

Cuando la energía química almacenada de los reactivos es mayor que la energía de los productos, hay un excedente de energía que se libera

Al reaccionar, una o varias sustancias que producen otras con mayor contenido energético, habrá absorción de energía por parte de los reactivos:

ENERGIA QUIMICA

FERMENTACION DE LA GLUCOSA

Los alimentos también almacenan energía química y mediante éstos los organismos obtienen la energía necesaria para vivir, es decir, para formar y renovar tejidos, mantener su temperatura, realizar trabajo muscular, etcétera.

Los alimentos contienen nutrientes tales como los carbohidratos, los lípidos (grasas), las proteínas y las vitaminas, a los cuales se les denomina biogenésicos (por ser de origen orgánico);

La energía que se puede metabolizar a partir de los carbohidratos es de 4 kcal por gramo; de los lípidos, de 9 kcal por gramo y, de las proteínas, de 4 kcal por gramo. Se recomienda que en una dieta adecuada se ingieran alimentos que proporcionen aproximadamente 3.000 kcal por día (según la actividad física que se desempeñe),

Tipo de energía química que se obtiene de la combustión de ciertas sustancias que se produjeron en el subsuelo a partir de la acumulación de residuos en forma de compuestos de carbono, procedentes de plantas, animales y de seres vivos que vivieron hace millones de años. Carbón, Petroleo y Gas natural

ENERGIA FOSIL

La energía radiante es la energía que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se propaga en el vacío sin necesidad de soporte material alguno. Se transmite por unidades llamadas fotones.La radiación electromagnética al moverse produce campos eléctricos y magnéticos de oscilación uniforme o ondas.

ENERGIA RADIANTE

La energía solar es una fuente de energía de origen renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.

La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que pueden ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.

ENERGIA SOLAR

Se denomina energía hidráulica, energía hídrica o hidroenergía, a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinéticas y potenciales de la corriente del agua, saltos de agua o mareas

ENERGIA HIDRAULICA

Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transmutada en otras formas útiles para las actividades humanas.

En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores

ENERGIA EOLICA

ENERGIA NUCLEAR

La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares

ENERGIA GEOTERMICA

Se denomina energía geotérmica a la energía almacenada en forma de calor por debajo de la tierra. Esta definición incluye el calor que se encuentra en las rocas, suelos y aguas termales, cualquiera sea su temperatura, profundidad o procedencia. En la actualidad, está considerada como una fuente de energía renovable abundante y de explotación viable.

La energía mareomotriz es aquella que se obtiene a partir del aprovechamiento de los movimientos de las masas de aguas costeras ocasionadas por las mareas. Una de las principales ventajas de la energía mareomotriz es que se presenta de modo mas constante y predecible que la energía eólica y la energía solar

ENERGIA MAREOMOTRIZ

CALOR (Q)

Energía de transición que fluye entre un sistema y el medio que lo rodea debido a una diferencia de temperatura.

El calor está definido como la forma de energía (energía térmica) que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía.

ESCALAS DE MEDICIÓN ESCALAS RELATIVAS:

Toma como referencia el punto de congelación y ebullición de cualquier sustancia

Grados Celsius

Toma como referencia un punto de congelación y ebullición del agua pura

Punto de congelación: 0°C (1 atm) Punto de ebullición : 100°C (1 atm)

Grados Fahrenheit

Toma como referencia el punto de congelación y ebullición de una solución saturada de cloruro de amonio

Punto de congelación: 0°F (1 atm) Punto de ebullición : 250°F (1 atm)

TEMPERATURA:

Indicador de la cantidad de energía calorífica que a adquirido un cuerpo

ESCALAS ABSOLUTAS

Temperatura termodinámica: Kelvin (K), rankine (R)Toma como referencia el cero absoluto:

CONVERSIONES DE ESCALAS

K= °C + 273,15R= °F + 459,67

°C a °F:Formula: C/5= (F - 32)/9

K a R

Factor de conversión: 1K= 1,8R

Variaciones de temperatura:

∆°C= 1,8 ∆°F

PRESIÓN (P)

P= F/A

PRESIÓN ATMOSFERICA (Po)

La presión que ejerce el aire a 0 msnm a 45° latitud (llamada también presión barométrica)

Po = 1 atm = 760 mm Hg = 101325 Pa = 1,01 bar = 14.7 psi

PRESIÓN ABSOLUTA (P abs)

Parte del vacio absoluto

PRESION RELATIVA (Pr) O PRESION CALIBRADA

Considerada una presión referencial (P) igual a CERO, encima del cual es positiva y debajo del cual es negativa.

PRESION EN GASES

La presión relativa es la presión manométrica (Pm)

Esta puede ser positiva (cuando P ˃ 1 atm) o negativa (cuando P˂ 1 atm)La presión referencial es P= 1 atm, considerada como ceroCuando la presión Pm es negativa se denomina presión de vacio o de vacuometro

CONVERSION DE LA PRESION MANOMETRICA EN ABSOLUTA

P abs= Pm + Po

Psia = psig + 14.7

PRESION EN LIQUIDOS

PA = P+ Po

P

UNIDADES DE CONCENTRACION

A = componente de mayor concentración

(solvente)B = componente de menor concentración (soluto)

B

PORCENTAJE EN PESO O PESO-PESO (% p/p)

X = FRACCION EN PESO = mB/m, mA/m

mB = masa del soluto

mA = masa de solvente

mB + mA = m ( masa de solución)

%p/p = X.100

PORCENTAJE EN VOLUMEN O VOLUMEN-VOLUMEN (% V/V )

Y = FRACCION EN VOLUMEN = VB/V, VA/V

VA = volumen de componente mayor

VB = volumen de componente menor

% v/v = Y.100

Supuesto:VA + VB = V (volumen de solución o mezcla)

PORCENTAJE PESO VOLUMEN (% p/v)% p/v = (peso de soluto/volumen de solución)x100

(mB/V)x100

gB/100ml

MOLAR (M)

M = Nº moles soluto/volumen de solución en litros(molB/litro)

(mmolB/ml)

NORMAL (N)

N = Nº equiv-g de soluto/volumen de solución en litros.

(equiv-gB/litro)

(meqB/ml)

MOLAL (m)

Mo = Nº moles de soluto/peso de solvente en kg ( molB/kgA)

FORMAL (F)F = peso molecular de soluto en g/volumen de solución en litros

CONCENTRACIONES PEQUEÑASPara soluciones acuosas:ppm = 1 parte de soluto/100000 partes de solución

mgB/litro

mgB/kg

mlB/m3

ppmm = μg × g–1

ppmv = μg × ml–1

ppb = 1 parte de soluto/109 partes de solución ppt = 1 parte de soluto/1012 partes de solución

10000 ppm = 1%

MEZCLAS

a) %p/p:Balance de masa: m1+ m2 = m3

Balance de soluto: x1m1+ x2m2 = x3m3

b) %p/v, M, N, ppm(p/v)1V1 = (p/v)2V2 = (p/v)3V3

C1V1 + C2V2 =C3V3

c) % v/v

Supuesto: Volúmenes aditivos: V1+V2=V3Y1V1 + Y2V2 = Y3V3

DENSIDAD DE UNA MEZCLA

Bajo el supuesto de volúmenes aditivos:

Grados brix (°Bx)

1 ° Bx = 1% p/p de sacarosa (20°C)

La escala Brix es un refinamiento de las tablas de la escala Balling. La escala Brix se utiliza en el sector de alimentos, para medir la cantidad aproximada de azúcares en zumos de fruta, vino o bebidas suaves, y en la industria azucarera.

Grados alcohólico volumétrico (% v/v) o (% vol)Grados Gay Lussac1 °GL = 1% (v/v) de etanol en mezcla hidroalcoholica a 15°C.

También:La relación entre el volumen de alcohol en estado puro contenido en una bebida y el volumen total de la misma bebida . (alcohol y bebida a 20°C)En vinos: Ej. A cada unidad de porcentaje de alcohol en el volumen total le corresponde un grado en la escala alcohólica. Así, se habla de un vino con una graduación de 13,5° cuando tiene un 13,5% (v/v) de alcohol, es decir 13,5 ml de etanol en cada 100 ml de vino. Se les llama también Grados Gay Lussac

La escala Baumé es una escala usada en la medida de las concentraciones de ciertas soluciones (jarabes, ácidos).La graduación de un aerómetro en grados Baumé se establece en referencia a una disolución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) al 10% en masa y agua destilada. Se marca el valor 0 para el agua destilada y el valor 10 para la disolución al 10%, y se divide el espacio entre ambos en 10 grados Baumé.

Grados Baumé (°Be)

La relación entre la densidad, ρ, de la disolución y los grados Baumé se ha expresado de diversas formas durante el tiempo que se ha empleado. Actualmente a 20ºC la relación entre la densidad, ρ, y los grados Baumé de una disolución viene dada por las siguientes relaciones:

Para líquidos más densos que el agua (ρ > 1 g/cm³): ºBé = 145 – 145/ρρ = 145/(145 - ºBé)

Para líquidos menos densos que el agua (ρ < 1 g/cm³): ºBé = 140/ρ – 130ρ = 140/(130 + ºBé)

Su ventaja es que permite evaluar la concentración de cualquier solución con una misma unidad (grados Baumé), pero hace falta emplear una tabla específica para determinar la concentración de cada tipo de sustancia. Se sigue empleando en la actualidad en la producción industrial de cerveza, vino, miel y ácidos concentrados.