Download FORMULARIO DE TERMODINAMICA QUIMICA Y
Document related concepts
Transcript
FORMULARIO DE TERMODINAMICA QUIMICA Y QUÍMICA FÍSICA 1.- Equivalencias de Unidades Magnitud Nombre Símbolo presión presión presión presión energía energía energía potencia temp. Celsius(t) pascal bar atmósfera mmHg kilovatio hora electronvoltio caloría caballo de vapor grado Celsius Pa bar atm mmHg longitud fuerza ångström dina kWh Ev cal cv o C Å din Definición Nm-2 105 Nm-2 101 325 N m-2 (101 325/760)N m-2 3,6 x 106 J 1,602 x 10-19 J 4,184 J 736 W t/oC = T/K-273,15 10-10 m 10-5 N 2.- Constantes Físicas Constante Símbolo carga elemental masa del electrón en reposo masa del protón en reposo masa del neutrón en reposo velocidad de la luz en el vacío número de Avogadro constante de Boltzmann constante de Planck constante de Faraday constante de los gases e m mp mn c ù k = R/ ù h ö= ùe R volumen molar de un gas ideal en condiciones TPN Valor 1,60219 x 10-19C 9,10953 x 10-31 kg 1,672648 x 10-27 kg 1,674954 x 10-27 kg 2,997925 x 108 m s-1 6,022045 x 1023 mol-1 1,38066 x 10-23 JK-1 6,62618 x 10-34 Js 9,64846 x 104 C equiv-1 8,3144 J mol-1 K-1 = ... = 1,987 cal K-1mol-1=... = 0,08206 atm l K-1 mol-1 2,24138 x 10-2 m3 mol-1 Formulario de Termodinámica Química y Química Física 1 3.- Prefijos SI divisor prefijo 10-3 10-6 10-9 10-12 mili micro nano pico símbolo multiplicador 103 106 109 1012 m µ n p prefijo símbolo kilo mega giga tera k M G T 4.- Pesos atómicos (12C:12,00) Elemento Símbolo Peso atómico Aluminio Antimonio Argón Arsénico Azufre Bario Berilio Bismuto Boro Bromo Cadmio Calcio Carbono Cesio Cinc Circonio Cloro Cobalto Cobre Criptón Kr Cromo Escandio Estaño Estroncio Flúor Fósforo Galio Germanio Helio Hidrógeno Hierro Indio Al Sb Ar As S Ba Be Bi B Br Cd Ca C Cs Zn Zr Cl Co Cu 26,98 121,75 39,95 74,92 32,06 137,34 9,01 208,98 10,81 79,90 112,40 40,08 12,01 132,91 65,37 91,22 35,45 58,93 63,55 2 83,80 Cr Sc Sn Sr F P Ga Ge He H Fe In 52,00 44,96 118,69 87,62 19,00 30,97 69,72 72,59 4,00 1,01 55,85 114,82 Elemento Iridio Lantano Litio Magnesio Manganeso Mercurio Molibdeno Neón Niobio Níquel Nitrógeno Oro Osmio Oxígeno Paladio Plata Platino Plomo Potasio Radio Ra Rodio Rubidio Selenio Silicio Sodio Titanio Torio Uranio Vanadio Wolframio Xenón Yodo Símbolo Peso atómico Ir La Li Mg Mn Hg Mo En Nb Ni N Au Os O Pd Ag Pt Pb K 192,22 138,91 6,94 24,31 54,94 200,59 95,94 20,18 92,91 58,71 14,01 196,97 190,20 16,00 106,40 107,87 195,09 207,20 39,10 226,03 Rh Rb Se Si Na Ti Th U V W Xe I Formulario de Termodinámica Química y Química Física 102,91 85,47 78,96 28,09 22,99 47,90 232,04 238,03 50,94 183,85 131,30 126,91 5.- Fórmulas Coeficientes termoelásticos V MV ( )p MT 1 Mp 1 αp / De dilatación: βV / Piezométrico: ( )V MT p MV 1 χT / - De compresibilidad: ( )T Mp V αp = pβVχT Primer Principio de la Termodinámica Trabajo de expansión: Wexp = I pdv Sistemas cerrados: Q = ∆U + W Entalpía: H / U + pV Sistemas abiertos: q = ∆h + wu Capacidades caloríficas ÷V = ( ÷p = ( MU )V MT MH )p MT ÷p - ÷V = [p + ( MU MV )T] ( MV Formulario de Termodinámica Química y Química Física )p MT 3 Termoquímica qV = - ∆U qp = - ∆H ∆H = ∆U + RT∆ngas Avance de reacción: dni = νidξ ni = ni,o + νiξ ∆Yr = ΣνiYi Grado de reacción: ε / (nl,o - nl)/nl,o Ley de Hess: ∆Hr = Σj λj ∆Hr,j ∆Hor = ∆Hof,P - ∆Hof,R ∆Hor = Σiνi∆Hof,i o m H = ∆H o f,298 T + I 298,15K CpdT ∆Hor = -Σiνi∆Hoc,i Ecuaciones de Kirchhoff: M∆Uro ( )V = ∆CV MT M∆Hro ( )p = ∆Cp MT 4 Combustión: ∆Hr(T1) + Σiγp,i I Explosión: ∆Ur(T1) + Σiγp,i I Tp T1 CpidT = 0 Tp T1 CVidT = 0 Formulario de Termodinámica Química y Química Física Segundo Principio de la Termodinámica δQ dS = + δSi T Cambios de fase: ∆S = ∆H T Gases ideales Ecuación de estado: pV = nRT Ley de Dalton: p = Σpi Ley de Mayer: Cp - CV = R ; pi = pxi Transformaciones reversibles: V2 Isoterma: W = nRT ln P1 = nRT ln V1 Adiabática: κ 1 p1 V κ 2 = p2 V P2 ; κ / Cp CV Entropía: T2 p2 S2 - S1 = nCpln ── - nRln ── T1 p1 Entropía de mezcla: ∆S = -RΣinilnxi Coeficiente de Joule-Thomson: µj / ( Condiciones normales (TPN): MT )H Mp 0oC, 1 atm Funciones termodinámicas F / U - TS G / H - TS Formulario de Termodinámica Química y Química Física 5 Trabajo: W = Wexp + Wu WT # - ∆F Wu(T,p) # - ∆G Wu(T,V) # - ∆F Ecuación fundamental del equilibrio: dU + pdV - TdS # 0 Relaciones entre funciones termodinámicas dU = TdS - pdV dH = TdS + Vdp dF = -SdT - pdV dG = -SdT + Vdp Fórmulas de Thomson: F = U + T ( MF )v MT G = H + T ( MG )p MT Ecuaciones termodinámicas de estado: MU Mp ( )T = T( )V - p MV MT MH MV ( )T = V - T( )p Mp MT 6 Formulario de Termodinámica Química y Química Física Termodinámica del equilibrio químico Funciones extensivas: Y = 3iYini Yi / ( MY )T,p,nj Mni Ym = 3iYixi Ecuación de Gibbs-Duhem: MY MY ( )T,nidp +( )p,nidT - 3inidYi = 0 Mp MT Condiciones de equilibrio: pα = pβ = ... Tα = Tβ = ... µiα = µiβ = ... Regla de las fases: f + l = c + 2 Cuerpos puros λ dp Ecuación de Clapeyron: = dT = ∆V T∆Vm λ P2 Ec. de Clausius-Clapeyron: ∆S ln = P1 1 ( R 1 - T1 ) T2 Gases reales a Ecuación de van der Waals: (p + Vm2 ) (Vm-b) = RT 8a Tc = a ; 27Rb pc = ; 27b2 Formulario de Termodinámica Química y Química Física Vmc = 3b 7 Fugacidad y actividad µi = µiE + RT ln fi fiE fi ai / fiE µi = µiE + RT ln ai Comportamiento ideal: ai = xi ai = γi xi Coeficiente de actividad: Ley de acción de masas Condición de equilibrio: ∆Gr = Σiµiνi = 0 L.A.M.: Πaiνi = e-∆GrE/RT / Ka Gases ideales: ∆ν Kp = (pB) Ecuación de van't Hoff: ∆ν Ka = p ( Kx = p ( )∆ν Kn = (RT)∆ν Kc n MlnKa )p = MT ∆HrE RT2 Disoluciones ideales 8 Ley de Raoult: fgi = figo xi Ley de Henry: fig = K xi Formulario de Termodinámica Química y Química Física Propiedades coligativas ∆T = KE m2 Ebullioscopía: RTo2 Constante ebullioscópica: KE = lvap Crioscopía: -∆T = KF m2 RTo2 Constante crioscópica: KF = lfus Presión osmótica: ΠV1n1 = RTn2 Π = RTm'2 Ley de van't Hoff: ΠV = RTn2 Higrometría Humedad relativa: φ = nv/nvsat = pv/pvsat Humedad absoluta: Φ = mv/V Humedad específica: ω = mv/ma Ley del reparto aiβ aiα Selectividad del disolvente: σ = = Kiα,β n1β/(n1β+n2β) n1α/(n1α+n2α) Formulario de Termodinámica Química y Química Física 9 Conducción iónica Ley de Pouillet: R = ρl/A = l/iA Vaso de conductividad: R = Kρ = K/i (K: Constante del vaso) Conductancia equivalente: Λ / i/c* Ley de Kohlrausch: Λo = λo+ + λoΛo,AB = Λo,AM + Λo,NB - Λo,NM t+ = λ+/Λ Números de transporte: ; t- = λ-/Λ Equilibrios iónicos Actividad iónica media: a" = a1/ν = (a+ν+a-ν-)1/ν = ... ... = (ν+ν+ν-ν-)1/νγ"(m/mo) ν = ν+ + ν- Coeficiente de activividad iónico medio: γ"ν = γ+ν+ γ-ν1 Fuerza iónica: Σmizi2 I = 2 Ecuación de Debye-Hückel: -log γi = -log γ" = 10 0,5 zi2 I1/2 1+I1/2 0,5 z+*z-* I1/2 1+I1/2 Formulario de Termodinámica Química y Química Física aa Ecuación de Hasselbach: pH = pKa - log ab Equilibrio de solubilidad: Ks = γc+ν+γA-ν-As = γ"νm+ν+m-ν- Pilas galvánicas F.e.m.: z ö õ = -∆Gr Ecuación de Helmholtz: õ = - ∆Hr + T ( zö Mõ )p MT Mõ ∆Sr = zö( )p MT RT Ecuación de Nernst: õ = õB - ln Πiaiνi zö õB = - ∆Gro RT = zö ln Ka zö Electrólisis Potencial electroquímico: _ : i " = : i " + z i ö N" Ecuación de Butler-Volmer: i = io [e αzöηt /RT - e –$zöηt / RT ] " + $ = 1 Ecuación de Tafel: ηt = a + b ln i Formulario de Termodinámica Química y Química Física 11 Potenciales de reducción normales a 25ºC Electrodo Reacción Li*Li+ Li+ + e- W Li -3,045 K *K+ K+ + e- W K -2,925 Ca*Ca2+ Ca2+ + 2e- W Ca -2,870 Na*Na+ Na+ W Na -2,714 Mg*Mg2+ Mg2+ + 2e- W Mg -2,370 Al*Al3+ Al3+ + 3e- W Al -1,660 Pt,H2*OH- 2H2O + 2e- W H2 + 2OH- -0,828 Zn*Zn2+ Zn2+ + 2e- W Zn -0,763 Fe*Fe2+ Fe2+ + 2e- W Fe -0,440 Cd*Cd2+ Cd2+ + 2e- W Cd -0,403 Sn*Sn2+ Sn2+ + 2e- W Sn -0,136 Pb*Pb2+ Pb2+ + 2e- W Pb -0,126 Fe*Fe3+ Fe3+ + 3e- W Fe -0,036 Pt,H2*H+ 2H+ + 2e- W H2 0,000 Ag,AgCl*Cl- 12 eº(v) + e- AgCl + e- W Ag + Cl- 0,222 Cu*Cu2+ Cu2+ + 2e- W Cu 0,337 Cu*Cu+ Cu+ + e- W Cu 0,521 Ag*Ag+ Ag+ W Ag 0,799 Hg*Hg2+ Hg2+ + 2e- W Hg 0,854 Pt,O2*H+ 1/2 O2 + 2H+ + 2e- W H2O 1,230 Pt,Cl2*Cl- Cl2 + e- + 2e- W 2Cl- Formulario de Termodinámica Química y Química Física 1,360 Mecánica estadística Modelo de Bose-Einstein: Ω = ∏ (gi + Ni – 1)! ≈ ∏ (gi – 1)! Ni! (gi + Ni)! gi! Ni! gi Ni = e Modelo de Maxwell-Boltzmann: α+βui gi Ω = N! ∏ -1 Ni Ni! Ni = gi e Postulado de Boltzmann: -α-βui S = k ln Ω α = - µ / RT β = 1 / kT Función de partición: Z = ∑ gi e –ui/kT Tercer Principio de la Termodinámica S = I T d Qrev o T Cv ≈ Cte . T3 (T ≈ 0 K) So = R ln go (T = 0 K) Formulario de Termodinámica Química y Química Física 13 Química de superficies. Adsorción 1 Isoterma de Gibbs: d( Γ = RT x dlna2 Isoterma de Langmuir: kP = m a + P ka P P 2 = = bP = kd+kaP a+P x Isoterma de Freundlich: kl c = 1/n m Cinética química Velocidad de reacción: Ecuación de Arrhenius: v = kr J (Ci)"i kr = A e –Ua /RT kT ‡ Ecuación de Eyring: kr = e –)G /RT h ( A Efecto salino primario: < K ( B ‡ kr = (‡ a er Cinética de 1 orden: ln = k1 t a-x 14 Formulario de Termodinámica Química y Química Física 1+bP 1 b(a-x) Cinética de 2o orden: = k2 t ln a-b (a≠b) a(b-x) x = k2 t (a=b) a(a-x) 2n-1 - 1 Período de semirreacción: J = kn(n-1)a n-1 ln 2 J = (1er orden) k1 xe Reacciones opuestas: ln = (kd + ki)t xe-x kd Kc = ki C:\QIF\Formulario TQ+QF Formulario de Termodinámica Química y Química Física 15