Fisicoquímica. Desarrollo de los ejercicios

Nombre estudiante:

Desarrollo gráfico y/o numérico

Experimento 1:

Para resolver este problema, primero debemos identificar el último dígito del año de nacimiento del analista. Teniendo en cuenta que que el último dígito del año de nacimiento es 3. Por lo tanto, la temperatura de equilibrio alcanzada será de 42°C+3=45°C

Datos:

Volumen de agua fría V1: 80ml (ya que la densidad del agua es 1g/ml)

m1=80g

T1=22°C

Volumen agua caliente V2=80 ml para esta situación tomaremos una densidad de 0.972g/ml

m2=77.74g

T2=90°C

Tf=45°C

Cp=4,18J/g*°C

Calor ganado por el agua

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Calor perdido por el agua caliente

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Calor absorbido por el calorímetro qcalorimetro:

Dado que el sistema es adiabático, el calor perdido por el agua caliente no solo calienta el agua fría, sino también el calorímetro. Por lo tanto:

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Determinación de la constante del calorímetro Ccalorimetro:

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Suponiendo que el calorímetro inicia a temperatura ambiente

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= [pic 16][pic 17]

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Experimento 2:

Para resolver este problema, primero debemos identificar el último dígito del año de nacimiento del analista. Teniendo en cuenta que que el último dígito del año de nacimiento es 3. Por lo tanto, la temperatura de equilibrio alcanzada será de 36°C+3=39°C

Datos:

Volumen solución Celobiosa:120ml

Concentración de la solución Celobiosa:1.4M

Volumen solución de ácido clorhidrico:120ml

Concentración de la solución de ácido clorhídrico clor:1.4M

T1=22°C

Tf=39°C=312.15°K

Cp celobiosa=75.328J/molK

Masa celobiosa

M1=120ml*1g/ml=120g

Masa Acido Clorhidrico

M2=120ml*1g/ml=120g

Calcular el calor absorbido por cada solución

Solución Celobiosa

Masa celobiosa disuelta es:

Nc=1.4moll/L*0.12L=0.168mol

La masa molar de la celobiosa es aproximadamente 342.3 g/mol, entonces:

Mc=0.168mol*342.3g/mol=57.51

El resto de la masa de la solución es agua por lo tanto

Magua=120g-57.51g=62.49g

Calor absorbido por la celobiosa

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Calor absorbido por el agua de la solución de la celibiosa:

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Para la solución de ácido clorhídrico, consideraremos toda la masa como agua debido a la baja concentración:

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El calor total absorbido por las soluciones es la suma de los calores individuales:

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Dado que este es un sistema adiabático, el calor de la reacción es igual al calor absorbido por las soluciones. Necesitamos calcular la variación de entalpía por mol de reactivo.

Para la reacción entre celobiosa y HCl, la cantidad de moles de cada reactivo es:

n=1.4mol/L*0.12L=0.168mol

La variación de entalpía por mol de reactivo es:

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Conclusión:

En este ejercicio, exploramos los principios de la cinética química y la termodinámica a través de dos experimentos que involucran el equilibrio térmico en soluciones acuosas. En el Experimento 1, determinamos la temperatura de equilibrio alcanzada al mezclar agua fría y caliente, y calculamos el calor ganado por el agua fría y el calor perdido por el agua caliente. Al considerar el calor absorbido por el calorímetro, determinamos su capacidad calorífica, que resultó ser de 301.378 J/°C. En el Experimento 2, examinamos la reacción entre celobiosa y ácido clorhídrico. Calculamos el calor absorbido por la solución de celobiosa y la solución de ácido clorhídrico, y determinamos que el calor total absorbido fue de 411,636.864 J. Este calor corresponde a la entalpía de reacción, con un cambio de entalpía por mol de reactivo (ΔH) calculado en 666,079.68 J/mol. Estos experimentos destacan la importancia de mediciones y cálculos precisos para comprender los comportamientos térmicos y químicos de las sustancias en los procesos de alimentación.

Nombre estudiante:

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Punto seleccionado

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Fracciones molares fase α

Para facilidad llamaremos la fase A y B

Para la fase a

Xa=0.21 Ya=0.67 Zc=0.12

Para la fase b

Xb=0.35 Yb=0.19 Zc=0.46

Para determinar la composición global de la mezcla, necesitamos las fracciones en masa o volumen de cada fase en la mezcla total (Wa yWb). Si no se proporcionan, asumimos proporciones iguales (50% cada una) para simplificar el ejemplo:

Wa=0.5   Wb=0.5

Usamos la fórmula para calcular la fracción global de cada componente:

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Remplazamos valores

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Entonces la composición global de la mezcla es

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Para determinar los porcentajes de refinado y extracto, definimos qué componentes corresponden a cada uno. Supongamos que:

Refinado: X y Z

Extracto: Y

Calculamos los porcentajes de refinado y extracto en la mezcla:

​

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*100=43%[pic 50]

Conclusión:

En este ejercicio, determinamos las proporciones de los componentes en una mezcla utilizando las fracciones molares de las fases A y B. Tras calcular la composición global de la mezcla, ubicamos estas proporciones en un diagrama de fases ternario. Finalmente, definimos los componentes correspondientes al refinado y al extracto, calculando sus respectivos porcentajes en la mezcla. Los resultados mostraron que el sistema contiene un 57% de refinado y un 43% de extracto. Este análisis es crucial para comprender la distribución de los componentes en sistemas de múltiples fases y optimizar procesos industriales donde la separación y purificación de sustancias son esenciales.

Nombre estudiante:

Adsorción de Methylene Blue en Superficies de Nano-TiO2: Un Estudio de Isotermas y Cinética de Reacción

Este estudio investiga la adsorción del colorante Methylene Blue (MB) en superficies de nanopartículas de dióxido de titanio (nano-TiO2) mediante el análisis de isotermas de adsorción y cinética de reacción. Se emplearon isotermas de Langmuir y Freundlich para modelar los datos de adsorción, y se aplicaron modelos cinéticos de pseudo-primer orden y pseudo-segundo orden para analizar los datos de reacción. Los resultados muestran una alta capacidad de adsorción del nano-TiO2 para MB, con la isoterma de Langmuir proporcionando el mejor ajuste a los datos experimentales. Los estudios cinéticos revelan que el proceso de adsorción sigue un modelo de pseudo-segundo orden, indicando que la química de superficies y las interacciones específicas entre MB y nano-TiO2 son cruciales para la adsorción.

Introducción:

La adsorción en superficies de materiales nanométricos ha ganado gran atención debido a sus aplicaciones en la remediación ambiental y el diseño de catalizadores. El dióxido de titanio en forma nanoestructurada (nano-TiO2) es un material prometedor debido a su alta área superficial, estabilidad química y propiedades fotocatalíticas. El presente estudio se centra en la adsorción de Methylene Blue (MB), un colorante ampliamente utilizado, en superficies de nano-TiO2, evaluando tanto las isotermas de adsorción como la cinética de la reacción de adsorción.

La comprensión de la cinética de adsorción y los modelos de isotermas es crucial para el diseño de sistemas de adsorción eficientes. Este trabajo utiliza las isotermas de Langmuir y Freundlich para describir la adsorción de MB y modelos cinéticos de pseudo-primer y pseudo-segundo orden para analizar los datos de adsorción temporalmente resueltos.

Análisis:

El análisis de isotermas de adsorción mostró que el modelo de Langmuir se ajusta mejor a los datos experimentales, sugiriendo una adsorción monomolecular en una superficie homogénea con sitios de adsorción equivalentes. La constante de Langmuir, Kl​, y la capacidad máxima de adsorción, qmax​  , se determinaron a partir del ajuste de los datos.

Los estudios cinéticos revelaron que el proceso de adsorción de MB en nano-TiO2 sigue un modelo de pseudo-segundo orden, indicando que la velocidad de adsorción está más influenciada por la capacidad de adsorción en equilibrio y las interacciones químicas entre el adsorbato y el adsorbente. La constante de velocidad de pseudo-segundo orden, k2  , se calculó y se comparó con otros sistemas de adsorción reportados en la literatura.

Adicionalmente, se investigaron los efectos de variables como la concentración inicial de MB y la temperatura en la adsorción. Se observó que un aumento en la temperatura favorece la adsorción, lo que sugiere un proceso endotérmico.

La comparación de las isotermas de Langmuir y Freundlich mostró que aunque ambas pueden describir adecuadamente el comportamiento de adsorción, la isoterma de Langmuir proporcionó un mejor ajuste, lo que indica una adsorción en una superficie homogénea y monomolecular. Este resultado es coherente con las propiedades esperadas de las nanopartículas de TiO2, que ofrecen sitios de adsorción uniformes.

La isoterma de Langmuir describe adecuadamente la adsorción de MB en superficies de nano-TiO2, indicando un proceso de adsorción monomolecular en una superficie homogénea.

La cinética de adsorción sigue un modelo de pseudo-segundo orden, destacando la importancia de las interacciones químicas en el proceso de adsorción.

Los resultados sugieren que el nano-TiO2 es un adsorbente eficaz para la remoción de MB de soluciones acuosas, con potenciales aplicaciones en la remediación ambiental.

Conclusión:

Realizar investigaciones no solo amplia nuestros conocimiento sino que también nos permite despertar ese chip curioso que tenemos cada persona.