1.2. Unidades de concentración
Densidad La densidad de una sustancia es su masa por unidad de volumen
d= m/V
De acuerdo con esta ecuación, la unidad SI para la densidad es kg/m3. Sin embargo comunmente se utiliza g/ml para sólidos y liquidos, y en gases g/L por ser muy bajas.
Como el volumen de una masa dada varia con la temperatura, también lo hace la densidad, para evitar confusiones, al reportar la densidad de un sólido o un liquido, debe indicarse la temperatura a la cual se hizo la medición, Si no se especifica la temperatura, se entiende que se trata de densidades a 25°C.
Tabla N°1: Tabla de densidades
Tabla N°1: Tabla de densidades
g/cm3 | g/cm3 | ||
Agua (4ºC) | 1,000 | Mercurio (25ºC | 13,6 |
Agua (25ºC) | 0,997 | Oro (25ºC) | 19,3 |
Etanol (25ºC) | 0,785 | Hierro (25ºC) | 7,86 |
11) a) Cual es el volumen y la temperatura final del agua obtenida al mezclar 50 ml de agua a 50ºC, con 50 ml de agua a 30ºC.
b) A 20ºC la densidad de 50 cm3 de una sustancia es 2 g/mL ¿Cuál es la densidad de una muestra de 100 cm3 del mismo metal?
c) A 100 ºC la densidad del mercurio es menor que 13,6 g/cm3. ¿Por qué?
d) A 25°C, en cierta determinación, un picnómetro vacío, con una capacidad de 10,020 cm3, pesó 24,083 g. Cuando el picnómetro se llenó con un líquido su peso fue 31,9487 g. ¿De qué líquido se trata? Explique.
e) La leche cruda entera tiene una densidad comprendida entre 1,030 y 1,033 g/ml. En un laboratorio se midió la densidad de una muestra e leche y se encontró un valor de 1,020 g/ml, lo indica que posiblemente: (le agregaron harina, es leche sin adulterar, le agregaron agua, le agregaron azúcar)
f) Si se tiene un globo con 50 ml de aire y se introduce en una nevera, el volumen del gas: (aumenta, disminuye, no cambia, se duplica)
g) Dos esferas tienen el mismo volumen pero al colocarlas en un recipiente con agua se observa que una flota y la otra se hunde. La razón de este comportamiento se debe a:
h) Dos recipientes llenos con agua, en uno se introduce un pedazo de hierro de 50 g y en el otro 50 g de oro. ¿El cual se derrama más agua? Explique
Peso específico se define como la relación entre dos densidades, la de la sustancia en cuestión y la de un material de referencia. Para líquidos y sólidos, el material de referencia es generalmente el agua a 4ºC y para gases el aire aunque también pude utilizarse otros gases
El valor el peso específico tiene sus unidades asociadas, es adimensional, pero su valor no varía al cambiar de un sistema a otro, esto le confiere importancia en el mundo de la ingeniería.
p.e.r = (lb/ft3)A = (g/cm3)A = (kg/m3)A
(lb/ft3)B (g/cm3)B = (kg/m3)B
p,e,r del CCl4 = 1,5 25ºC
4ºC
Significa que, el peso especifico relativo del tetracloruro de carbono cuando está a 25ºC y la sustancia de referencia el agua está a 4ºC es de 1.5.
12) La densidad de un líquido es de 1500 kg/m3 a 20°C. a) ¿Cuál es el peso específico 20°C / 4°C de este material. b) ¿Qué volumen (ft3) ocupan 140 lb de este material a 20 ° C?
13) a) Si el dibromopentano DBP tiene un peso especifico relativo de 1.57. ¿Cuál es la densidad en lb/ ft3?
b) El caudal volumétrico del tetracloruro de carbono en una tubería es de 50 cm3 / min ¿Cuál es el caudal másico?
c) El peso especifico del ácido nítrico es 1.513 ¿Cuál es la densidad en kg/ m3?
La fracción molar es simplemente la cantidad de moles de una sustancia especifica dividido entre el número total de moles presentes.
Las escalas de temperatura absoluta tienen su punto cero en la temperatura más baja posible que creemos que puede existir. Esta temperatura mínima se relaciona tanto con las leyes de los gases ideales como las leyes de la termodinámica. En ciencia, la escala más empleada es la escala absoluta o Kelvin, inventada por el matemático y físico británico William Thomson, lord Kelvin. En esta escala, el cero absoluto, que está situado en –273,15 °C, corresponde a 0 K, y una diferencia de un kelvin equivale a una diferencia de un grado en la escala centígrada.
Fracción molar de A = moles de A
Moles totales
XA = nA/nT
ΣX = 1
Se supondrá que la composición de los gases se da en porcentaje o fracción molar, a menos que se indique específicamente otra cosa
Los análisis de líquidos y sólidos por lo regular se dan en porcentaje o fracción en masa (peso), aunque ocasionalmente se indican en porcentaje molar.
Fracción en masa: (o peso) no es más que la masa (el peso) de de la sustancia dividida entre la masa (o peso) total de todas las sustancias presentes.
Fracción en masa de A = masa de A
masa total
ωA = mA/mt
Σω = 1
El porcentaje molar y el porcentaje en peso son las fracciones respectivas multiplicadas por 100.
Ejemplo: a menudo usaremos como composición del aire 21% de O2 y 79% de N2; el N2 incluye el Ar y los demás componentes, y tiene un seudopeso molecular de 28,2
X | g/mol | g | ω | |
O2 | 0,21 | 32 | 6,72 | 0,2317 |
N2 | 0,79 | 28,2 | 22,278 | 0,7683 |
Total | 1,00 | 29,00 | 1,00 |
El peso molecular medio es 29,00 g/ gmol; o 29,00 lb/ lb mol ; o 29,00 kg/ kg mol.
14) El ácido fosfórico es un ácido incoloro utilizado en la fabricación de fertilizantes y como agente saborizante en las bebidas. Para una determinada solución al 10% en peso de ácido fosfórico el peso específico es 1.10 determinar:
a) la fracción molar de esta mezcla.
b). el volumen (en galones) de esta solución que contenga 1 g mol de H3PO4.
15) a) Una mezcla líquida de n-butano, n-pentano y n-hexano tiene la siguiente composición porcentual: n - C4H10 50 ; n - C5H12 30 y n - C6H14 20. Para esta mezcla determine: la fracción en masa de cada componente, la fracción molar de cada componente, el porcentaje molar de cada componente y el peso molecular medio.
b) Una mezcla de gases es analizada y se comprobó que tienen la siguiente composición CO2 12.0% CO 6.0% CH4 27.3% H2 9.9% N2 44.8%
¿Cuántas lb representan 3 lb mole de de esta mezcla de gases?
c) Un recipiente contiene 1,704 lb HNO3/ Lb H2O y tiene una densidad relativa de 1,382 a 20ºC determine: porcentaje en peso de HNO3; lb de HNO3 por pie cúbico de disolución a 20ºC.
1.3 Escalas de temperatura
La temperatura es una medida de la energía térmica del movimiento aleatorio de las moléculas de una sustancia en equilibrio térmico.
La temperatura de un cuerpo es una medida de su estado térmico considerado como una capacidad para transferir calor a otros cuerpos. (Maxwell).
Escala Fahrenheit: Escala de temperatura, todavía empleada en los países anglosajones, fue diseñada por el físico alemán Gabriel Daniel Fahrenheit. Según esta escala, a la presión atmosférica normal, el punto de solidificación del agua (y de fusión del hielo) es de 32 °F, y su punto de ebullición es de 212 °F.
La escala centígrada o Celsius, ideada por el astrónomo sueco Anders Celsius y utilizada en casi todo el mundo, asigna un valor de 0 °C al punto de congelación del agua y de 100 °C a su punto de ebullición.
Una diferencia de 5 grados centígrada es una diferencia de 9 grados en la escala Fahrenheit.:
9 Δ ºF = 5 Δ ºC
ºF = 9/5ºC + 32
Tanto la escala Fahrenheit como la Celsius son escalas relativas de temperatura, es decir, los puntos de valor cero han sido elegidos arbitrariamente.
Las escalas de temperatura absoluta tienen su punto cero en la temperatura más baja posible que creemos que puede existir. Esta temperatura mínima se relaciona tanto con las leyes de los gases ideales como las leyes de la termodinámica. En ciencia, la escala más empleada es la escala absoluta o Kelvin, inventada por el matemático y físico británico William Thomson, lord Kelvin. En esta escala, el cero absoluto, que está situado en –273,15 °C, corresponde a 0 K, y una diferencia de un kelvin equivale a una diferencia de un grado en la escala centígrada.
1 Δ K = 1 Δ ºC
K = ºC + 273
La escala absoluta correspondiente a la escala en grados Fahrenheit se llama escala Rankine en honor a un ingeniero escocés. En la escala Ranking podemos redondear –459.58 a –460.
1 ΔºR = 1 Δ ºF
ºR = ºF + 460
1 ΔK = 1.8 Δ ºR
16) a) ¿Por qué las escalas Fahrenheit y Celsius son escalas relativas de temperatura?
b) Complete la siguiente tabla de conversión de temperaturas.
° C ° F K ° R
- 40.0 ---------- ------------ -----------
---------- 77.0 ------------ -----------
---------- ---------- 698 -----------
---------- ---------- ------------ 69.8
c) La capacidad calorífica del azufre es cp = 15.2 + 2.68 T, donde cp está en J/(g mol)(K) y T está en K. convierta cp a cal/(g mol)(ºF), con T en ºF.
d) El mercurio único metal líquido a temperatura ambiente funde a –38ºC, en grados kelvin es:
e). A que temperatura se igualan la escala centígrada y la Fahrenheit.
f) El sodio metal tiene un rango líquido muy amplio, funde a 98 ºC y hierve a 892 ºC. Exprese el rango líquido en ºC, K y ºF
g) ¿A qué temperatura debe calentarse un baño, para que al medirla con un termómetro Fahrenheit se obtenga una lectura tres veces mayor que la que se obtendría con un termómetro centígrado?Nota: Las presiones, al igual que las temperaturas, se pueden expresar en escalas tanto absolutas como relativas. El hecho de que un dispositivo para medir la presión mida la presión absoluta o relativa depende de la naturaleza del instrumento medidor.
Por ejemplo, un manómetro de extremo abierto medirá una presión relativa (presión manométrica), ya que la referencia es la presión de la atmosfera sobre el extremo abierto del manómetro,
17) La diferencia de presión entre dos tanques de aire A y B se mide por un U – tubo manómetro, con mercurio como líquido manométrico. La presión barométrica es de 700 mm Hg.
a) ¿Cuál es la presión absoluta en el tanque de A?
b) ¿Cuál es la presión manométrica en el tanque A?
c) Examine la figura siguiente
El barómetro indica 740 mm Hg. Calcular la presión del tanque en psia,
d) En cuál de las ciudades será menor la temperatura del aire atmosférico. Explique