FISICOQUÍMICA 3º SECUNDARIA: 2016

domingo, 6 de noviembre de 2016

Ondas electromagnéticas, Horizontes Ciencias Naturales - Conectate

domingo, 9 de octubre de 2016

Equilibrio térmico: concepto de temperatura

Como sabes, la noción de frío o calor es subjetiva y surge de la experiencia diaria, por lo que no resulta útil para realizar un tratamiento científico. Para ello es necesario introducir el concepto de temperatura como medida de la intensidad de estas sensaciones, pero su definición debe ser lo suficientemente rigurosa como para que no exista ambigüedad.

Cuando ponemos en contacto dos cuerpos, uno más caliente que otro, experimentalmente se observa que el cuerpo caliente se va enfriando progresivamente, mientras que el cuerpo frío se va calentando. En términos de la magnitud que queremos definir, la temperatura, el cuerpo caliente disminuye su temperatura mientras que el cuerpo frío la aumenta. Si dejamos evolucionar el sistema el suficiente tiempo, llega un momento en el que la temperatura de los dos cuerpos ya no cambia, por lo que cesa el intercambio de energía. A este estado se le conoce como equilibrio térmico.

Este hecho permite dar una primera definición de temperatura:

La temperatura es la magnitud común a dos cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico.

Esta definición se conoce también como el "Principio cero de la termodinámica".

También es posible dar una definición de temperatura como medida de la energía cinética de las partículas, esto es, del movimiento de las partículas, ya que cuanta más energía cinética tienen las partículas de un cuerpo, más rápidamente se mueven y se comprueba experimentalmente que su temperatura es mayor.

Según la teoría cinética, cuando dos cuerpos se ponen en contacto, se produce una transferencia de energía cinética de las partículas del cuerpo caliente a las del cuerpo frío hasta que en un momento dado la energía cinética media de las partículas de ambos cuerpos es igual, y por tanto tienen la misma temperatura.

La temperatura de un cuerpo es una medida de la energía cinética media de las partículas que lo forman.

Esta aproximación microscópica al concepto de temperatura nos resultará útil en el estudio del calor y su transmisión. Ahora tienes una idea clara de lo que es la temperatura, pero para que sea útil necesitamos saber medirla.

Los dispositivos que miden la temperatura se denominan termómetros.

Los más habituales eran los de mercurio (ahora prohibidos por los daños medioambientales que puede producir este metal), basados en la relación entre la longitud de la columna de mercurio y la temperatura. En los termómetros actuales se utiliza la variación de la conductividad de determinados metales al cambiar la temperatura.

Los termómetros miden las temperaturas según una escala termométrica, que permiten graduarlos. Para ello se escogen dos fenómenos que ocurran siempre a la misma temperatura, que se denominan puntos fijos. Posteriormente se les asigna arbitrariamente una temperatura y se divide el intervalo entre ellos en partes iguales, cada una de las cuales le da la denominación de grado (excepto en la escala Kelvin, en la que se prescinde de esta denominación: no se dice 200 grados Kelvin, sino 200 Kelvin).

Actualmente siguen utilizándose tres escalas:

	Escala Celsius (ºC)	Escala Fahrenheit (ºF)	Escala Kelvin o Absoluta (K)
Punto Fijo 1	Fusión hielo; 0	Fusión hielo; 32	Fusión del hielo; 273
Punto Fijo 2	Ebullición agua; 100	Ebullición agua; 212	Ebullición agua; 373
Divisiones	100	180	100
Uso principal	Vida cotidiana	Países anglosajones	Ciencia y tecnología

Los puntos de fusión del hielo y de ebullición del agua están medidos a presión atmosférica.

La transformación entre valores para las escalas termométricas puede obtenerse a partir de las siguientes relaciones:

T (K) = T (ºC) + 273
T (ºC)/100 = (T (ºF) -32)/180

La unidad de temperatura en el Sistema Internacional es el Kelvin y es la unidad que debes utilizar a la hora de resolver aquellos problemas en los que aparezcan temperaturas.

Un Kelvin tiene el mismo tamaño que un grado Celsius, por lo que los intervalos entre temperaturas son equivalentes en ambas escalas.

Autoevaluación

1.- Un termómetro situado en el aeropuerto de New York marca una temperatura de 77 ºF, ¿Cuál es la temperatura en grados Celsius y en Kelvin?

a) 27 ºC y 300 K

b) 25 ºC y 300 K

c) 25 ºC y 298 K

d) 27 ºC y 298 K

2.- La temperatura mínima que se anuncia para el comienzo de la primavera en Huanguelén es de 38 ºF. ¿Consideras apropiado abrigarte antes de salir a la calle?

sábado, 1 de octubre de 2016

¿Cómo medimos el calor transferido?

Cuando se transfiere energía en forma de calor a un cuerpo, su temperatura aumenta como consecuencia del incremento de la energía cinética media de sus partículas. Como en cualquier disciplina científica, es necesario poder cuantificar esta transferencia para realizar cálculos y predicciones en aquellas circunstancias en las que interviene el calor.

Dado que, como se ha visto, el calor es una forma de energía, su unidad en el sistema internacional será el julio o joule (J), aunque existe otra unidad de uso habitual en la medida del calor: la caloría.

El calor se mide en el S.I. en julios o joules (J), pero también en calorías (cal). Una caloría se define como la energía necesaria para elevar un grado la temperatura de un gramo de agua. La relación entre julio y caloría es: 1 cal = 4.18 J

Una experiencia clásica consiste en comunicar la misma cantidad de calor a dos recipientes que contienen igual masa de alcohol y agua.

En la gráfica de la imagen se observa que el alcohol aumenta significativamente más rápido su temperatura, hasta que alcanza su temperatura de ebullición (78 ºC), momento en el que cesa de aumentar. Lo mismo sucede con el agua, que se calienta más lentamente y tiene un punto de ebullición más alto (100ºC).

Por lo tanto, es necesario introducir una nueva magnitud que exprese el diferente comportamiento de las sustancias al ser calentadas.

Si se transfiere una misma cantidad de calor a dos sistemas distintos, el aumento de temperatura experimentado por cada uno de ellos no es siempre el mismo, sino que depende de su naturaleza y composición. El parámetro que relaciona el incremento de la temperatura con el calor suministrado se denomina calor específico (ce) de una sustancia, definido como la energía absorbida al calentarse un kilogramo de una sustancia y elevar su temperatura un Kelvin o un grado centígrado. Es característico de cada sustancia y se mide en el S.I. en J/(kg·K).

El aumento de temperatura viene dado por tanto por el cociente:

de modo que el calor intercambiado puede escribirse como:

La energía transferida a un cuerpo de masa m para que su temperatura pase de una inicial (Ti) a otra final (Tf) viene dada por la expresión:

donde ce es el calor específico de la sustancia en cuestión.

Destacar también que, debido a que aparece una diferencia de temperaturas, es equivalente utilizar la escala Kelvin o la Celsius, pues ambos grados son equivalentes.

Esta relación explica por qué es necesario suministrar más calor a unas sustancias que a otras para aumentar su temperatura: cuanto mayor sea su calor específico, más energía será necesario suministrar. Por ejemplo, los metales tienen un calor específico relativamente bajo, mientras que la madera o el agua lo tienen elevado.

Ejercicio resuelto:

Una cacerola contiene medio litro de agua a 25 ºC. Si el calor específico del agua es de 4180 J/(kg·K), calcula la cantidad de energía necesaria para llevar todo el agua a la temperatura de ebullición (100 ºC).

Si hay medio litro de agua, como la densidad del agua es dH2O = 1000 kg/m3 = 1 kg/L, esto quiere decir que tenemos 0.5 kg de agua, y aplicando la ecuación para el calor transferido:

Q = m·ce·ΔT = 0.5 Kg·4180J/(Kg.K)·(373 K – 298 K) = 156750 J

Problema:

Cuando suministramos 67500 J en forma de calor a un bloque de acero, observamos que su temperatura aumenta 75 ºC. Si el calor específico del acero es de 450 J/(kg·K), ¿cuál es la masa del bloque?

martes, 27 de septiembre de 2016

Calor

Cuando se ponen en contacto dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura, se verifica una transferencia de energía desde el cuerpo más caliente al más frío, de forma que el primero se enfría mientras que el segundo se calienta. Esta transferencia se realiza entre sistemas sin que exista trabajo realizado. Este hecho sirve como definición de calor:

Se denomina calor (Q) al proceso de transferencia de energía entre dos sistemas a diferente temperatura sin que se realice ningún trabajo.

El concepto de calor como energía en movimiento nos permite explicar qué es lo que ocurre cuando se ponen en contacto dos sistemas que tienen distinta temperatura, que como has estudiado alcanza finalmente la situación de equilibrio térmico.

Al entrar en contacto estos sistemas, se produce un intercambio de energía en forma de calor desde el sistema más caliente hasta el más frío, hasta que las temperaturas se igualan. Esto no quiere decir que en ese momento cese todo intercambio de calor -de hecho están produciéndose continuamente- sino que en promedio la energía intercambiada entre los sistemas es la misma, por lo que no se produce variación en la temperatura.

Cuando un sistema está en equilibrio térmico, todas sus partes tienen la misma temperatura; ahora prueba a tocar con una mano la mesa o un libro que tengas cerca y con la otra cualquier objeto metálico. ¿Cuál de los dos está más caliente?

Ambos están a la misma temperatura, pero entonces ¿por qué parece que el metal está más frío? La respuesta tiene que ver con una propiedad de la materia: la conductividad térmica. No todos los materiales conducen igual de bien el calor; concretamente, los metales conducen muy bien el calor y, por ello, el calor fluye rápidamente de nuestra mano al objeto metálico, y este calor extraído de nuestro cuerpo es lo que nos da la sensación de frío. La madera o el papel son malos conductores, y por ello el calor fluye más lentamente y parecen más calientes.

Pero el calor no se transmite únicamente mediante conducción, sino que existen otros mecanismos de gran importancia: la convección y la radiación.

Calor y Temperatura

domingo, 4 de septiembre de 2016

Energía Nuclear

¿Qué es la energía nuclear?

Fisión Nuclear

Fusión Nuclear

Funcionamiento de una central nuclear

martes, 28 de junio de 2016

Clasificación de reacciones químicas

Presentamos los tipos de reacciones químicas donde vemos algunos compuestos como ejemplos, pero centrándonos en el tipo de reacción química propiamente dicha.

Reacciones de Combinación:

Como lo dice la palabra, se combinan dos o más compuestos para formar otro. La formación de sales es uno de los tantos ejemplos.

2 HCl + Ba(OH)2 —-> BaCl2 + 2 H2O

El ácido clorhídrico se combina con el hidróxido de bario y forman al combinarse el cloruro de bario.

Cuando las sustancias que se combinan están como elementos puros se las llama reacciones de síntesis

El aluminio se combina con el oxígeno y forma el óxido de aluminio.

4 Al + 3 O2 —-> 2 Al2 O3

Otro ejemplo es la síntesis de Haber para la formación del amoníaco:

N2 + 3 H2 —-> 2 NH3

Reacciones de Descomposición:

Aquí a partir de un compuesto se generan 2 o 3 más. Por ejemplo la descomposición de una sal como el clorato de potasio por calor.

2 KClO3 —-> 2 KCl + 3 O2

Las descomposiciones de los óxidos por calor constituyen otro ejemplo.

2 CuO —-> 2 Cu + O2

Reacciones de Sustitución:

En estos casos un elemento reemplaza a otro elemento en un compuesto. Ejemplo:

Fe + 2 HCl —-> FeCl2 + H2

El metal, en este caso el hierro reemplaza al hidrógeno en el ácido formando la sal cloruro ferroso.

Otro ejemplo se da en las sales como en el siguiente:

Fe + CuSO4 —-> FeSO4 + Cu

El hierro como vemos, sustituye al cobre en la sal.

Hay una variante llamada reacciones de doble sustitución. Dos elementos ocupan sus lugares entre si. Por ejemplo:

Ca(OH)2 + 2 HNO3 —-> Ca(NO3)2 + 2 H2O

Es una reacción de neutralización o ácido base. El calcio reemplaza al hidrógeno en el ácido nítrico y el hidrógeno al calcio formando agua. Este esquema lo cumplen todas las reacciones ácido base.

domingo, 29 de mayo de 2016

Geometría molecular

La geometría tridimensional de las moléculas está determinada por la orientación relativa de sus enlaces covalentes. En 1957 el químico canadiense Ron Gillespie basándose en trabajos previos de Nyholm desarrolló una herramienta muy simple y sólida para predecir la geometría (forma) de las moléculas.

La teoría por él desarrollada recibe el nombre Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia (TRePEV) y se basa en el simple argumento de que los grupos de electrones se repelerán unos con otros y la forma que adopta la molécula será aquella en la que la repulsión entre los grupos de electrones sea mínima.

Para la TRePEV grupos de electrones pueden ser:

un simple enlace

un doble enlace

un triple enlace

un par de electrones no enlazante

Para predecir la geometría de una molécula necesitamos conocer solamente cuantos grupos de electrones están asociados al átomo central para lo cual debemos escribir la fórmula de Lewis de la molécula.

Luego simplemente nos preguntamos cómo los grupos de electrones se distribuirán espacialmente de modo que la repulsión entre ellos sea mínima.

Es importante recordar que la geometría de la molécula quedará determinada solamente por la distribución espacial de los enlaces presentes y no por la posición de los pares electrónicos no enlazantes, los que si deberán ser tenidos en cuenta en el momento de determinar la disposición espacial de todos los grupos electrónicos, sean enlaces o no.

Por ejemplo la molécula de H2S tiene la siguiente fórmula de Lewis:

En ella podemos identificar 4 grupos de electrones: dos enlaces simples y dos pares de electrones no enlazantes.

Para minimizar las repulsiones entre ellos adoptarán una geometría tetraédrica, colocándose cada grupo en el vértice de un tetraedro que tiene como centro al átomo de azufre. Sin embargo a la hora de determinar la geometría de la molécula, la misma sólo queda determinada por la distribución de los enlaces, por lo que la geometría del H2S será angular.

Note que el ángulo HSH es menor que 109.5°, el ángulo de un tetraedro regular. Esto se debe a la mayor repulsión generada por el mayor volumen de los pares de electrones no enlazantes.

En la tabla se muestran las distintas geometrías que adoptan las moléculas dependiendo de la cantidad de grupos electrónicos y enlaces que presentan.

Total átomos + pares no enlazantes alrededor del átomo central	Átomos	Pares no enlazantes	Geometría	Ejemplos
2	2	0	Lineal	CO₂
3	3 2	0 1	Trigonal plana Angular	BCl₃ SO₂
4	4 3 2	0 1 2	Tetraédrica Pirámide trigonal Angular	SiF₄ PH₃ H₂S
5	5 4 3 2	0 1 2 3	Bipirámide trigonal Balancín Forma "T" Lineal	PF₅ SCl₄ IF₃ XeF₂
6	6 5 4	0 1 2	Octaédrica Pirámide base cuadrada Cuadrada plana	SiF₆^-2 IF₅ ICl₄^-

domingo, 22 de mayo de 2016

Sales binarias

Sales binarias de no metal con metal

no metal + metal à sal neutra

Su fórmula es nMx My donde x e y son las valencias intercambiadas entre el metal y el no metal (su valencia negativa en valor absoluto), simplificadas de ser posible.

Nomenclatura funcional:

Nombre del no metal terminado en uro – Nombre del metal terminado en oso (menor valencia) o en ico (mayor valencia).

Ejemplo: CuBr2 - Bromuro cúprico

Nomenclatura de Stock:

Nombre del no metal terminado en uro de… - Nombre del metal sin variar y valencia del metal si tiene más de una, en números romanos.

Eiemplo: CuBr2 - Bromuro de cobre (II)

Nomenclatura Estequiométrica:

(prefijo nº de átomos) Nombre del no metal terminado en uro de… (prefijo nº de átomos) - Nombre del metal sin variar.

Ejemplo: CuBr2 – Dibromuro de cobre

	Nomenclatura
Fórmula	Funcional	Stock	Estequiométrica
LiF	Fluoruro Lítico	Fluoruro de Litio	Fluoruro de Litio
CaF₂	Fluoruro Cálcico	Fluoruro de Calcio	Difluoruro de Calcio
AlCl₃	Cloruro Alumínico	Cloruro de Aluminio	Tricloruro de Aluminio
CuBr₂	Bromuro Cúprico	Bromuro de Cobre(II)	Dibromuro de Cobre
MnS	Sulfuro Manganoso	Sulfuro de Manganeso(II)	Sulfuro de Manganeso
CaTe	Telururo Cálcico	Telururo de Calcio	Telururo de Calcio
KI	Yoduro Potásico	Yoduro de Potasio	Yoduro de Potasio
FeCl₂	Cloruro Ferroso	Cloruro de Hierro(II)	Dicloruro de Hierro
NiS	Sulfuro Niqueloso	Sulfuro de Níquel(II)	Sulfuro de Níquel
K₂Se	Seleniuro Potásico	Seleniuro de Potasio	Seleniuro de Dipotasio
PtF₂	Fluoruro Platinoso	Fluoruro de Platino(II)	Difluoruro de Platino
Au₂S₃	Sulfuro aúrico	Sulfuro de oro(III)	Trisulfuro de Dioro

Sales volátiles

no metal + no metal à sal volátil

Su fórmula es nMxnMy donde x e y son las valencias intercambiadas entre los no metales, simplificadas a ser posible. Se coloca en primer lugar el no metal menos electronegativo.

Se nombran igual que las anteriores, añadiendo la terminación -uro a la raíz del elemento más electronegativo.