miércoles, 29 de marzo de 2017

FÍSICA- Energía



La Energía






El hombre, desde su existencia, ha necesitado la energía para sobrevivir. Pero… ¿qué es? ¿Por qué tiene tanta importancia la energía? ¿Por qué es importante el ahorro energético?
La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, la energía es la capacidad de hacer funcionar las cosas.
La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el Joule (J).
2. Tipos de energía
Energía mecánica
Energía interna
Energía eléctrica
Energía térmica
Energía electromagnética
Energía química
La energía nuclear
3. Propiedades de la energía
4. Transferencia de energía
Trabajo
Ondas
Calor
La energía se manifiesta de diferentes maneras, recibiendo así diferentes denominaciones según las acciones y los cambios que puede provocar.
Encontramos los siguientes tipos de energía:
La energía mecánica relacionada con la posición y el movimiento del cuerpo, y que se divide en estas dos formas:
  • Energía cinética, que se manifiesta cuando los cuerpos se mueven. Es decir, es la energía asociada a la velocidad de cada cuerpo. Se calcula con la fórmula:
    • c= ½ m • v 2
    • Donde m es la masa (Kg), v la velocidad (m/s) y E c la energía cinética (J=Kg·m 2 /s 2 )
  • Energía potencial, que hace referencia a la posición que ocupa una masa en el espacio. Su fórmula es:
    • p= m • g • h
    • Donde m es la masa (Kg), g la gravedad de la Tierra (9,81 m/s 2 ), h= la altura (m) y E p la energía potencial (J=Kg·m 2 /s 2 ).
La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo. Su fórmula es:
  • m = E p + E c
  • Donde E m es la energía mecánica (J), E p la energía potencial (J) y E c la energía cinética (J).
La energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto más caliente esté un cuerpo, más energía tendrá.
La energía eléctrica está relacionada con la corriente eléctrica. Es decir, en un circuito en el que cada extremo tieneuna diferencia de potencial diferente.
Se asocia con la cantidad de energía que pasa de un cuerpo caliente a otro más frío manifestándose mediante elcalor.
Esta energía se atribuye a la presencia de un campo electromagnético.
Las radiaciones que provoca el Sol son un ejemplo de ondas electromagnéticas que se manifiestan en forma de luz, radiación infrarroja u ondas de radio.  
La energía química se manifiesta en determinadas reacciones químicas.
Ésta se produce cuando los núcleos de los átomos se rompen (fisión) o se unen (fusión).
La energía tiene 4 propiedades básicas:
  • Se transforma. La energía no se crea, sino que se transforma, siendo durante esta transformación cuando se ponen de manifiesto las diferentes formas de energía.
  • Se conserva. Al final de cualquier proceso de transformación energética nunca puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se mantiene. La energía no se destruye.
  • Se transfiere. La energía pasa de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o trabajo.
  • Se degrada. Solo una parte de la energía transformada es capaz de producir trabajo y la otra se pierde en forma de calor o ruido (vibraciones mecánicas no deseadas).
Hay tres formas de transferir energía de un cuerpo a otro:
Cuando se realiza un trabajo se pasa energía a un cuerpo que cambia de una posición a otra.
Por ejemplo, si en casa desplazamos una caja, estamos realizando un trabajo para que su posición varíe.
Las ondas son la propagación de perturbaciones de ciertas características, como el campo eléctricoel magnetismo o la presión, y que se propagan a través del espacio transmitiendo energía.
Es un tipo de energía que se manifiesta cuando se transfiere energía de un cuerpo caliente a otro cuerpo más frío. Sin embargo, no siempre viaja de la misma manera, existiendo tres formas diferentes de transferencia energética:
  • Conducción: cuando se calienta un extremo de un material, sus partículas vibran y chocan con las partículas vecinas, transmitiéndoles parte de su energía.
  • Radiación: el calor se propaga a través de ondas de radiación infrarroja (ondas que se propagan a través del vacío y a la velocidad de la luz). 
  • Convección: que es propia de fluidos (líquidos o gaseosos) en movimiento. 
A tu disposición tienes un juego que te ayuda a entender la transferencia de energía de la manera más sencilla posible.

Normalidad

La Normalidad: 

La Normalidad (N) o Concentración Normal de una disolución es el número de Equivalentes Químicos (EQ) o equivalentes-gramo de soluto por litro de disolución:

Normalidad (N) =

 nº EQ (equivalentes-gramo) 
Litros de disolución
.

Cálculo del nº de Equivalentes Químicos (EQ):
  • EQ de un ácido = Peso molecular / nº de H+→ EQ de H2SO4 = 98 / 2 = 49 gramos
  • EQ de una base = Peso molecular / nº de OH- → EQ de NaOH = 40 / 1 = 40 gramos
  • EQ de una sal = Peso molecular / carga del catión o anión → EQ de Na2CO3 = 106 / 2 = 53 gramos
La Normalidad (N) por lo tanto mide la concentración de una disolución de manera similar a la Molaridad (M)De hecho cuando en los casos anteriores el nº de  HOH- o la carga de los iones es igual a 1.
    Ejemplos de Normalidad:
      • Ejemplo 1: Calcular la normalidad y la molaridad de 50 gramos de Na2CO3 en 100 ml de disolución:
        • Normalidad (N):
          1. Peso molecular del Na2CO3 = 106
          2. Equivalente del Na2CO3 = peso molecular / nº de carga del catión de la sal = 106 / 2 = 53
          3. nº de Equivalentes en 50 g de Na2CO3 = 50 / 53 = 0,94
          4. = nº de Equivalentes / litros de disolución = 0,94 / 0,1 = 9,4 N
        • Molaridad (M):
          1. Moles de soluto = masa soluto / peso molecular = 50 / 106 = 0,47 moles
          2. = moles soluto / litros disolución = 0,47 / 0,1 = 4,7 M (M = N/2 en este caso)
      • Ejemplo 2: Calcular la normalidad de 20 gramos de hidróxido de berilio Be(OH)2 en 700 ml de disolución:
          1. Peso molecular del Be(OH)2 = 43
          2. En una disolución el hidróxido de berilio se disocia de la siguiente forma: Be(OH)→ Be+2 + 2 OH-
          3. Equivalente del Be(OH)2 = peso molecular / nº de OH- = 43 / 2 = 21,5
          4. nº de Equivalentes en 20 g de Be(OH)2 = 20 / 21,5 = 0,93
          5. = nº de Equivalentes / litros de disolución = 0,93 / 0,7 = 1,33 N

        Molaridad


        Definición de Molaridad:

        La Molaridad (M) o Concentración Molar es el número de moles de soluto que están disueltos en un determinado volumen.

        La Molaridad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula: 

         Molaridad (M) =
          
        n (nº de moles de soluto)
        ·
         Volumen de disolución
        .
          
        La Molaridad se expresa en las unidades (moles/litro).

        Ejemplos de Molaridad:
          • Ejemplo 1: calcular la molaridad de una disolución que contiene 2,07·10-2 moles de soluto en 50 ml de disolvente:
            • molaridad = n / V = 2,07·10-2 moles / 0,05 litros = 0,414 molar
          • Ejemplo 2: calcular el número de moles de soluto en 5 litros de una disolución 0,4 M:
            • molaridad = M = n / V → n = M · V
            • = (0,4 moles / litro) · 5 litros = 2 moles
          • Ejemplo 3: calcular la molaridad de una disolución de 100 gramos de metanol CH4en 1 litro de disolvente.
            • peso molecular del CH4O = PM = 32 gramos / mol
            • moles de soluto = n = 100 gramos / (32 gramos · mol-1) = 3,125 moles
            • molaridad = n / V = 3,125 moles / 1 litro = 3,125 molar

          • Ejemplo 4: calcular el volumen de una disolución 0,4 molar que contiene 10 gramos de nitrato de sodio NaNO3.
            • peso molecular del NaNO3 = PM = 85 gramos /mol
            • moles de soluto = n = 10 gramos / 85 gramos · mol-1 = 0,118 moles
            • molaridad = M = n / V → V = n / M
            • volumen = 0,118 moles / (0,4 moles · litro-1) = 0,295 litros

          domingo, 26 de marzo de 2017

          Molalidad

          Definición de Molalidad: 

          La Molalidad (m) o Concentración Molal es el número de moles de soluto que están disueltos en 1 kilogramo de disolvente.

          La Molalidad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:

           Molalidad (m) =
            
          n (nº de moles de soluto)
          ·
           Kilogramos de disolvente
          .
          La molalidad se expresa en las unidades (moles/Kg).
          La ventaja de usar la molalidad en lugar de molaridad (moles soluto / volumen  disolución) es debido a que el volumen de una disolución varía con la temperatura y de la presión. Como la molalidad no tiene en cuenta el volumen, puede medir la concentración con mayor preción.
          En el laboratorio, para medir la molalidad se emplea un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para restárselo.

          Ejemplos de Molalidad:
          • Ejemplo 1: calcular la molalidad de una disolución de ácido sulfúrico H2SO4 siendo la masa del disolvente de 600 gramos y la cantidad de ácido de 60 gramos.
            Datos: peso molecular del H2SO4 = 98 gramos / mol.

            En primer lugar calculamos el número de moles y a partir de ahí obtenemos la molalidad
            • n de H2SO= masa / peso molecular =60 gramos / 98 gramos · mol-1 = 0,61 moles 
            • = n / masa disolvente = 0,61 moles / 0,6 kg = 1,02 molal
          • Ejemplo 2: calcular la molalidad de 20 gramos de un determinado soluto en 1 litro de disolución acuosa. La masa molar del soluto es 249,7 g / mol.

            Primero calculamos el nº de moles de soluto y a partir de ahí obtenemos la molalidad:
          • n de soluto = masa / peso molecular = 20 gramos / 249.7 gramos · mol-1 = 0,08 moles
          • masa de disolución: es una disolución acuosa por lo tanto 1 litro de disolvente = 1 kg.
          • = n / masa disolvente = 0,08 moles / 1 kg = 0,08 molal


          miércoles, 8 de marzo de 2017

          Volumen/Volumen

          Definición de Porcentaje Volumen a Volumen (%V/V):

          El Porcentaje Volumen a Volumen (% V/V), Porcentaje en VolumenFracción en VolmenTanto por Ciento en Volumen o Fracción Volumétrica es una medida de la concentración que  indica el volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución:

          El Porcentaje Volumen a Volumen de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula: 

           % (V/V) =
            
           Volumen de soluto
          · 100 
           Volumen de la disolución 
          .
          Ejemplos de Porcentaje en Volumen: 
            • Ejemplo 1: Calcular la concentración en porcentaje de volumen de 180 cm3 de vinagre disueltos en 1,5 kg de agua.
            • volumen del soluto = 180 cm3 = 0,18 litros
            • volumen del disolvente = 1,5 litros (volumen de 1,5 kg de agua)
            • Volumen de la disolución = 0,18 + 1,5 = 1,68 litros
            • % en volumen = (volumen de soluto / volumen de disolución) · 100 = (0,18 / 1,68) · 100 = 10,7%

            • Ejemplo 2: Calcular el volumen necesario de un tinte líquido para que esté en 12% en volumen en una disolución con 1 kg de agua
            • volumen del soluto = x
            • volumen del disolvente = 1 litro (volumen de 1 kg de agua)
            • Volumen de la disolución = x + 1
            • % en volumen = 12 % = (volumen de soluto / volumen de disolución) · 100 = (x / x + 1) · 100
            • Despejamos la incógnita: 
              • 12 = (x / x + 1) · 100
              • 12 · (x + 1) = x · 100 
              • 12x + 12 = 100x
              • 12 = 100x - 12x
              • 12 = 88x
              • = 12 / 88 = 0,136 litros
            • Necesitamos por lo tanto 0,136 litros de tinte para tener una concentración 12% en Peso

            martes, 7 de marzo de 2017

            Porcentaje Masa/Masa

            Porcentaje masa en masa o peso en peso, (%m/m):Es la cantidad en gramos de soluto por cada 100 gramos de solución. Ej: Una solución 12% m/m tiene 12 gramos de soluto en 100 gramos de solución.
            Como formula, podemos expresar esta relación así:
            %m/m =  x 100

            Ejercicios:

            1)      Calcula el % m/m de una solución que tiene 6 gramos de soluto en 80 gramos de solución.
            Aplicamos la fórmula:
            % m/m =  6 grs x 100 / 80 grs
            % m/m = 7.5
            2)      Calcula el % m/m de una solución que tiene 10 grs. de soluto y 110 grs. de solvente.
            En este caso, la masa de la solución es de 120 grs. ya que resulta de sumar los 10 grs. de soluto mas los 110 grs. de solvente.
            % m/m =  10 grs x 100 / 120 grs
            % m/m = 8.33.
            3)     Calcula la masa de soluto que tendría una solución de 220 grs. que es 4% m/m.
            En este caso podemos despejar la masa de soluto de la fórmula. Nos queda.
            masa de soluto = % m/m x masa solución  /  100
            masa de soluto =  4% x 220 grs / 100
            Masa de soluto = 8.8 grs.
            4)     Cuantos grs. de soluto y solvente tendrán 320 grs. de solución cuya concentración es 5 % m/m:
            masa de soluto =  5 % x 320 grs / 100
            Masa de soluto = 16 grs.
            La masa de solvente es fácil obtenerla. Directamente le restamos a la masa de la solución la masa de soluto.
            Masa de solvente = 320 grs. – 16 grs.
            Masa de solvente = 304 grs.

            lunes, 6 de marzo de 2017

            Soluciones Químicas

            Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes , perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida.
            Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa .
            Si se analiza una muestra de alguna solución puede apreciarse que en cualquier parte de ella su composición es constante. 
            Entonces, reiterando, llamaremos solución  o disolución a las mezclas  homogéneas que se encuentran en  fase líquida . Es decir,  las mezclas homogéneas que se presentan en fase sólida,  como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las que se hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como disoluciones.
            Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se consideran como soluciones.
            Las soluciones son distintas de los coloides y de lassuspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular y están dispersas uniformemente entre las moléculas del solvente.
            Las sales, los ácidos, y las bases se ionizan cuando se disuelven en el agua.
            Características de las soluciones (o disoluciones):
            I) Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc.
            II) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.
            III) Los componentes de una solución son soluto ysolvente .
            soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve.  El soluto puede ser sólido, líquido o gas, como ocurre en las bebidas gaseosas, donde el dióxido de carbono  se utiliza como gasificante de las bebidas. El azúcar se puede utilizar como un soluto disuelto en líquidos (agua).
            solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto.  El solvente es aquella fase en  que se encuentra la solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua