problemas de fisicoquimica general

Problemasde Fisicoqumica I

para Ciencias Biolgicas y de la Salud

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

U N I D A D I Z T A P A L A P A

Rubicelia Vargas FosadaAna Ma. Martnez Vzquez

Jorge Garza Olgun

Casa abierta al tiempo

DERECHOS RESERVADOS 2004, Universidad Autnoma Metropolitana (Mxico). Prohibida la reproduccin de esta obra as como la distribucin y venta fuera del mbito de la UAM. E-libro Bibliomedia [email protected]

Rubicelia Vargas Fosada,estudi la Licenciatura y laMaestra en Qumica en laUnivers idad AutnomaM e t r o p o l i t a n a , UnidadIztapalapa (UAM-I), en dondeac tua lmen te e s tud i a elDoctorado en Ciencias. Por sus

calificaciones en la Maestra, la UAM le otorg laMedalla al Mrito Universitario. Desde 1991 esProfesora Investigadora del rea de FisicoqumicaTerica del Departamento de Qumica de la UAM-I.Por su labor en la investigacin terica dereactividad qumica de tomos y molculas fuaceptada como miembro del Sistema Nacional deInvestigadores en 1993.Interesada en la enseanza de la Qumica, haparticipado y ganado dos veces en el Concurso deLibros de Texto y Material Didctico que organizala UAM. Por el primer concurso (1992) public ellibro Problemario de Qumica I, el cual amerituna segunda edicin.

Ana Mar t nez Vzquez,e s t u d i la Licenciaturaen Qumica en la UNAM. Sutesis profesional en QumicaInorgnica recibi MencinHonorfica.Posteriormente ingres a laUAMI para estudiar la Maestra

en Qumica. Se hizo acreedora a la Medalla alMrito Universitario.Desde 1988 es Profesora Investigadora en el reade Fisicoqumica Terica del Departamento deQumica de la misma UAM-I en donde adems,estudia el Doctorado en Ciencias.En estos ltimos aos se ha dedicado,principalmente, a la investigacin terica decmulos metlicos, cuyos resultados han sidopublicados en revistas internacionalesespecializadas. En 1993 ingres al SistemaNacional de Investigadores.Preocupada por la educacin en Qumica, hapublicado varios artculos en donde proponeexperiencias de ctedra para hacerla ms amena.Ha sido ya ganadora del concurso de Libros deTexto y Material Didctico por lo que su libroPrcticas de Qumica Inorgnica fue publicado en1992.



Problemas de Fisicoqumica Ipara Ciencias Biolgicas

y de la Salud



UNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANACasa abierta al tiempo

Dr. Julio Rubio OcaRector General

Mtra. Magdalena Fresn OrozcoSecretaria General

UNIDAD IZTAPALAPA

Dr. Jos Luis Gzquez MateosRector

Dr. Antonio Aguilar AguilarSecretario

Dr. Luis Mier y TernDirector de la Divisin de Ciencias Bsicas e Ingeniera

Dr. Fernando Rojas GonzlezJefe del Departamento de Qumica

Miguel Sandoval AranaJefe de Produccin Editorial



Problemas de Fisicoqumica Ipara Ciencias Biolgicas

y de la Salud

Rubicelia Vargas FosadaAna Martnez Vzquez

Jorge Garza Olgun



Primera edicin: 1995

UNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANAUNIDAD IZTAPALAPAAv. Michoacn y La PursimaIztapalapa, 09340, Mxico, D.F.

ISBN: 970-620-593-4

Impreso y hecho en Mxico / Printed in Mxico



ndiceINTRODUCCIN 9

CONCEPTOS BSICOS 15Objetivos 15Problemas propuestos 16Problemas resueltos 30

GASES 35Objetivos 35Problemas propuestos 36Problemas resueltos 50

TERMODINMICA 55Objetivos 55Problemas propuestos 56Problemas resueltos 71

CINTICA 75Objetivos 75Problemas propuestos 76Problemas resueltos 88

Apndice I 91

Apndice II 95



INTRODUCCINEl estudio de la biologa histricamente hablando ha estado caracterizadopor dos presupuestos tcitos. Uno es la idea en general de que los temas sonms descriptivos respecto de las ciencias fsicas, y el otro es la enorme canti-dad de informacin detallada que como estudiante necesitas adquirir antesde poder describirte a ti mismo como bilogo. Esto ha llevado a que si eresun estudiante inclinado por las ciencias, pero que crees tener falta de habili-dades matemticas, decidas dedicarte a la investigacin anecdtica de la bi-ologa antes que a cualquier otra disciplina cientfica. Sin embargo, esimportante que sepas que en la actualidad, los avances revolucionarios delos conocimientos, resultado principalmente de las investigaciones a nivel deorganizacin celular y subcelular, han mostrado que no puede mantenerseninguno de los dos presupuestos. Los autores principales reconocen que unode los objetivos ms importantes de la biologa es la descripcin de losprocesos vitales en trminos fsicos y qumicos, y que sin la comprensin delos conceptos bsicos de la fisicoqumica aplicada a los sistemas vivos, no sepuede progresar ms all de la sola descripcin de los acontecimientos. Conesto han concluido que es muy importante hacerte consciente de que la fisi-coqumica es indispensable, y que las matemticas son como la condicinfsica necesaria para el desarrollo de cualquier ciencia.

Si queremos darte un curso en el que resalte la importancia de cada temapara algn caso biolgico, deseando aumentar tu inters, y si adems quere-mos ensearte bien la fisicoqumica, sabemos que slo podremos tener unbuen resultado si tomamos en cuenta que es posible que tengas un miedo ir-razonable por las matemticas y logramos hacerte ver que las tcnicasmatemticas que se utilizan no sobrepasan tu comprensin inmediata ni tucapacidad. Al tratar de hacerlo, el principal problema que enfrentamos es laescasez de textos de esta naturaleza. Los libros clsicos de fisicoqumica, in-discutiblemente buenos, contienen mucho material irrelevante para la bio-qumica e ignoran las principales macromolculas de los sistemasbiolgicos. Los cursos de fisicoqumica enseados por fisicoqumicos pro-ducen a menudo resultados adversos, asustando a los estudiantes con su ten-dencia al tratamiento riguroso del tema y aburrindolos por su falta deimportancia aparente para la biologa. Tambin existen libros que desde suttulo "Fisicoqumica para Ciencias de la Vida" establecen que se dedicarna estudiar problemas relacionados con las ciencias biolgicas y de la salud.Desgraciadamente la mayora de ellos discuten problemas biolgicos funda-



Problemas de Fisicoqumica I para Ciencias Biolgicasy de la Salud

mentales slo a nivel elemental. Aunque no se justifica s es entendible si re-conocemos que los sistemas biolgicos son ms complicados porque tienenvariables incontrolables.

Viendo la fisicoqumica como un conjunto de teoras, principios, mtodosy experimentos necesarios para estudiar la naturaleza y que puede aplicarseal estudio de cualquier parte del Universo, lo nico que la debe diferenciarcuando se dirige a ciencias biolgicas y de la salud de cuando se hace paraciencias bsicas e ingeniera, debera ser el tema de estudio y en ningn mo-mento el nivel de conocimientos. Para un ingeniero qumico es importanteconocer el proceso que ocurre en un reactor dentro de una planta industrialmientras que para un bilogo es relevante hacerlo en un sistema vivo, y, apesar de que la fisicoqumica es la misma, el enfoque es muy diferente y porlo tanto, los cursos que se preparan para unos y otros estudiantes deben serdistintos. Ser diferente implica que un ingeniero qumico estudia la eficien-cia energtica en una fbrica de pinturas mientras que un bioqumico lo haceen el cuerpo humano, y que mientras el ingeniero estudia pistones, elbilogo estudia pulmones, tomando diversas variables en cada caso. Tan im-portante es un fenmeno como el otro, y el nivel de los estudiantes que to-man ambos cursos es esencial que sea el mismo. Los sistemas biolgicospueden ser ms complejos, pero hay formas de simplificarlos o modelarlospara poder estudiarlos.

Si no existen libros de texto de esta naturaleza es porque la empresa no essencilla. Llegar a un justo equilibrio entre inters, informacin, formacin yaplicarlo a sistemas biolgicos sin caer en problemas de una complejidad ir-resoluble parece casi imposible. Sin embargo, recientemente han comenzadoa aparecer textos con estas caractersticas, que estn elaborados por cientfi-cos con gran tradicin en el rea de ciencias biolgicas y de la salud. Esclaro que un libro con estas peculiaridades slo pueden escribirlo quienesconozcan en gran medida problemas de estas reas. Como este enfoque esreciente, el material de apoyo que existe para un curso de stos es escaso, ypor eso surge la idea de realizar este problemario. Adems de seguir bus-cando y desarrollando libros de texto tenemos que elaborar material deayuda que siempre es bienvenido por profesores y estudiantes.

Este material ha sido pensado para estudiantes de fisicoqumica que,como t, estudian carreras relacionadas con las ciencias biolgicas y de lasalud. En cada problema se da informacin adicional, queriendo interesarte eilustrarte los puntos que pueden aplicarse en diversos campos. El curso parael cual servir de ayuda este material est estructurado pensando en queests inscrito en alguna de las siguientes licenciaturas: ingeniera en alimen-tos, biologa experimental, bioqumica, hidrobiologa y produccin animal.

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Introduccin

Esta asignatura es parte del tronco general que debe cursarse. La temticaprincipales:

CIENCIAS BIOLGICAS

con cuatro temas globales alrededor de ella:

CONCEPTOS BSICOS GASES

CIENCIAS BIOLGICAS

TERMODINMICA

que a su vez se dividen en subtemas:

teora atmica de Daltonconcepto de molestequiometra

CONCEPTOS BSICOS

CINTICA

leyes de los gasesestequiometra y gases

leyes de difusin

iGASES

CIENCIAS BIOLGICAS

TERMODINMICA CINTICA

trabajo y calorleyes de la termodinmica

leyes de velocidadmecanismos de reaccin

cintica enzimtica

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La idea principal de un curso de esta naturaleza es que el estudio de esostemas y subtemas, alrededor de una temtica principal, nos permita encon-trar respuesta a diversas preguntas, como:

la estequiometra de una reaccin, esimportante para los sistemas vivos?, qu

es el rendimiento?, qu es el reactivolimitante?, existe el reactivo limitante en

un sistema biolgico?Cmo se puede aplicar en la ingenierade alimentos y en la produccin animal?

por qu son tan importantes los gases?,dnde estn los gases en la biologa?,en qu afectan los gases el desarrollo

industrial de los alimentos?, por qu setoman en cuenta en la produccin animal?

Contaminacin ambiental, un problemapara todo el mundo.

teora atmica de Daltonconcepto de molestequiometra

leyes de los gasesestequiometra y gases

leyes de difusin

CONCEPTOS BSICOS GASES

CIENCIAS BIOLGICAS

TERMODINMICA CINTICA

trabajo y calorleyes de la termodinmica

leyes de velocidadmecanismos de reaccin

cintica enzimtica

qu es trabajo y qu es calor enun sistema vivo?, cmo se

conserva la energa?, qu es unadieta balanceada?, cmo puedooptimizar un proceso biolgico?

y si no existieran las enzimas?,qu es la fotoqumica?,qu es la fotobiologa?,

visin?,fotosntesis?

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Introduccin

Con esta idea se puede cubrir un curso dirigido a ciencias biolgicas,tratando de hacerte ver que, si bien las ciencias han ayudado a un me-joramiento en la calidad de vida del ser humano, tambin han contribuido asu deterioro. El impacto de la fisicoqumica en las ciencias biolgicas puedeverse desde las aplicaciones en la medicina, provocando cierta longevidad,hasta en la agricultura, incrementado la produccin de alimentos necesariapara sostener a las poblaciones crecientes. La importancia que actualmentese le da a la ecologa, al medio ambiente, a la crisis de los energticos, alenorme nmero de personas que habitamos en el planeta, al gran nmero derecursos materiales utilizados para elevar el nivel de vida, y a las modifica-ciones ambientales de gran peligro que esto ha provocado, es producto de unmejor entendimiento de lo que ocurre con las ciencias biolgicas, apoyadascada vez ms en la fisicoqumica. El conocimiento y el control de los cam-bios que se verifican a gran escala en un sistema tan complejo como el de labiosfera terrestre constituye un reto de grandes proporciones. El papel en lainvestigacin para disminuir los riesgos que producen los productos de des-perdicio y el desarrollo de nuevas tecnologas para usar fuentes nucleares,solares y vegetales en la obtencin de recursos energticos es responsabili-dad de todos. Esto tendra que estar permeado en los cursos que se impartenpara quien algn da se dedicar a las ciencias. Mientras se elaboran librosde texto de acuerdo con esta filosofa, lo cual puede tardar muchos aos,todo material de apoyo como ste es necesario.

Aqu presentamos problemas que contienen informacin importante quepuede interesarte. Con esto, adems, quisiramos que disfrutaras la lectura, yaunque s puede representar una complicacin adicional, porque los datosson menos evidentes, el problema en s es ms real, ya que en la vida cotidi-ana rara vez se te presentan asuntos donde claramente descubres cules sonlas interrogantes.

Tener a tu disposicin un material de apoyo como ste representa muchasventajas porque te permite familiarizarte con la mecnica operacional de lafisicoqumica. Es claro que si tan slo aprendes a resolver mecnicamentelos problemas no ests adquiriendo una formacin, pero si desarrollas esahabilidad, que te permitir tambin solucionar asuntos de otro tipo, y teayudar a obtener la maduracin necesaria para continuar tus estudios. Sintratar de ser demasiado ambiciosos, porque no se busca que realices ademsuna investigacin, en algunas ocasiones se te solicitar que consultes la bib-liografa. As empezars a conocerla. Todos los problemas han sido resuel-tos cuidadosamente, por nosotros y por los discpulos de dos grupos para loscuales est dirigido este curso. La respuesta se incluye al final de cada unode ellos con la idea de poder comprobar los resultados de algunos de ellos se

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presenta su solucin detallada. Adems se hizo una clasificacin del gradode dificultad que tiene cada pregunta. Aquellos problemas marcados con unasterisco son los ms sencillos, mientras que los que tienen tres son los msdifciles. Se pens que era mejor no acomodarlos en orden de complejidad ,pero s decirte la dificultad con la que te enfrentas.

Tambin contiene dos apndices: uno con las tablas de valores que utili-zas, y el otro con las matemticas elementalmente necesarias para el curso.Cada captulo tiene al inicio una lista de los objetivos que se persiguen.

Finalmente, con todo este material creemos y queremos que te motivespor la fisicoqumica y adems tratamos de ayudarte a aprenderla. Con todala informacin adicional que cada problema posee, quizs podamos pro-mover, adems de la habilidad necesaria para resolverlos, una idea de la re-sponsabilidad que como cientficos tenemos en nuestras manos.

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CONCEPTOS BSICOSOBJETIVOS

n Definir y utilizar la constante de Avogadro.a Manejar el concepto de Mol y de masa molar.n Determinar la frmula mnima y molecular a partir del anlisis elemen-

tal y la composicin centesimal.n Determinar la composicin centesimal de un compuesto a partir de su

frmula mnima o molecular.a Establecer la Ley de la Conservacin de la Materia.B Describir una reaccin a travs de su ecuacin qumica.n Manejar las relaciones estequiomtricas para resolver clculos basados

en ecuaciones qumicas.n Definir cantidades estequiomtricas.n Identificar y manejar el reactivo limitante.n Calcular el rendimiento de una reaccin.

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PROBLEMAS PROPUESTOS

Problema 1 (*)

Los antibiticos son compuestos qumicos sintetizados por ciertos microor-ganismos. Se conocen como bactericidas, a quienes matan organismos, ybacteriostticos, a los que controlan su diseminacin. El ms famoso y elque se usa con ms frecuencia es la penicilina, descubierta en 1929 por Al-exander Fleming. A partir del descubrimiento de la penicilina se han encon-trado numerosos antibiticos, muchos de los cuales se producen en el suelopor accin de los microorganismos. La cloromicetina es un antibitico quese aisl del suelo venezolano, cuya frmula es C11H12O5N2Cl2. En unatableta que contiene 100 mg de cloromicetina, cuntas molculas de estecompuesto hay?

Respuesta:

1.87 xlO20 molculas

Problema 2 (**)

Muchas suspensiones que son utilizadas como anticidos contienenA1(OH)3 Calcular el nmero de tomos de H, de O y de Al que estn con-tenidos en 250 g de alguna suspensin.

Respuesta:

1.93 x 1024 tomos de Al, 5.79 x 1024 tomos de O y 5.79 x 1024 tomos de H

Problema 3 (*)

La mariguana es una droga que se prepara con las hojas, los tallos, las semil-las y las flores trituradas de la planta denominada Cannabis (camo). Seconoce desde hace muchos siglos y su uso estaba limitado principalmente alos pases del lejano y el Medio Oriente, hasta bien entrado este siglo. Por logeneral se fuma o se ingiere en alimentos y bebidas. El ingrediente activo dela mariguana es el tetracarbinol C2iH30O2. 25 |ig de esta sustancia son sufi-

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Conceptos bsicos

cientes para producir intoxicacin. En esta cantidad de tetracarbinol, calculael nmero de molculas.

Respuesta:

4.79 xlO16 molculas

Problema 4 (*)

Los carbohidratos entran en la sangre en forma de azcar. Una porcin delos carbohidratos que se digieren se convierten en glucgeno (almidn delcuerpo) y se almacena en el hgado y los msculos. Son la principal fuentede energa del organismo. En general tienen la frmula (CH2O)n, donde elvalor de n vara dependiendo de si se trata de un mono, un di, o un poli-sacrido. Si la masa molar de un carbohidrato es de 90 g/mo, calcula elvalor de n.

Respuesta:

Problema 5 (*)

Las enzimas son indispensables para los procesos bioqumicos que se llevana cabo en los organismos vivos. Sin embargo, pueden actuar como venenossi estn en el lugar inadecuado. Varios tipos de venenos de serpientes, abejasy alacranes deben su poder letal a enzimas que destruyen glbulos rojos yotros tejidos. La histamina (C5H7N2)NH2 forma parte del veneno que inocu-lan las abejas al picar. Cul es la frmula mnima y cul es su composicinporcentual?

Respuesta:

Composicin: 54.1 % de C, 8.1 % de H y 37.8 % de N

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Problema 6 (*)

La aspirina es el cido acetilsaliclico. Tiene un efecto analgsico (quita eldolor) y antipirtico (reduce la fiebre), adems de que se utiliza en eltratamiento de la artritis. El uso prolongado puede producir trastornos in-testinales y estomacales. Es txica en dosis elevadas y puede llegar a pro-ducir la muerte. Su uso durante el embarazo no est permitido. Lacomposicin porcentual de la aspirina es 60% de carbono, 4.44% dehidrgeno y el resto es oxgeno. Su masa molar es de 180 g/mol. Con los da-tos anteriores, determina la frmula molecular de la aspirina.

Respuesta:

C9HA

Problema 7 (*)

Los CFAs (clorofluoro alanos) son alcanos parcial o totalmente cloradosy/o fluorados, son indispensables para el transporte de alimentos en trilers ypara la conservacin de vveres en los supermercados ya que se usan para larefrigeracin. Sin embargo, su uso industrial contribuye a la destruccin dela capa de ozono. El anlisis de un CFAs muestra que contiene 12.8% de C,30.4% de F y 56.8% de Cl. Encuentra la frmula mnima.

Respuesta:

C2F3C13

Problema 8 (**)

Algunas protenas que se encuentran en los hongos de la madera contienencobre en aproximadamente 0.39%. Cuntos tomos de cobre estn conteni-dos en 300 g de una de estas protenas?

Respuesta:

1.11 xlO22 tomos

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Conceptos bsicos

Problema 9 ()

Dosis altas de calcio pueden ayudar a las mujeres que sufren de problemasagudos durante la menstruacin. La dosis diaria recomendada es de 0.6 a 1.3 gde calcio. El porcentaje de calcio presente en la leche es 0.27%. Si esta fuerala nica fuente de calcio, cuntos mililitros de leche diarios se tendra quetomar una mujer para ingerir el mnimo de la dosis recomendada? La densi-dad de la leche es de 0.97 g/mL.

Respuesta:

230 mL

Problema 10 (***)

La clorofila es el principal pigmento en la captacin de la luz en las clulasverdes. Su molcula tiene una estructura compleja. El anlisis qumico de laclorofila muestra que contiene 2.72% en masa de Mg. Adems se sabe quepor cada molcula de clorofila hay un tomo de magnesio. Con estos datos,calcular la masa molar de la clorofila.

Respuesta:

893.4 g/mol

Problema 11 (*)

Si la reaccin de obtencin de la aspirina es:

C6H4OHCOOH + CH3COOH -> C9H804 + H20(cido saliclico) 4-(cido actico) (cido acetilsaliclico)

Cuntas tabletas se podrn obtener a partir de 100 g de cido saliclico y100 g de cido actico, si una tableta de aspirina contiene 0.5 g de cidoacetilsaliclico? Cuntas moles de cido acetilsaliclico hay en cada tabletade aspirina?

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Respuesta:

260 tabletas; 2.78 x 10'3 moles por cada tableta

Problema 12 (***)

El agua oxigenada (H2O2) es un producto muy utilizado en enfermera ycosmticos. Se descompone por efecto de una enzima que est presente en lasangre, produciendo grandes cantidades de oxgeno molecular. El poder des-infectante del agua oxigenada se debe a la accin oxidante sobre las bacte-rias del oxgeno producido. Si para desinfectar una herida se necesitan 25moles de oxgeno (O2) cuntos mililitros de H2O2 se requieren si se consid-era que la densidad del agua oxigenada es prcticamente 1 g/mL y se sabeque al descomponerse libera la mitad del oxgeno que posee?

Respuesta:

1.7 L

Problema 13 (**)

Una forma de obtener alcohol etlico, C2H5OH, es fermentando frutas quecontengan glucosa, C6H12O6. La reaccin de fermentacin es la siguiente:

C6H12O6->C2H5OH +CO2

Qu masa de alcohol etlico se puede obtener con la fermentacin de 3 kgde manzanas? Las manzanas contienen 13% de glucosa.

Respuesta:

199.3 g

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Conceptos bsicos

Problema 14 (**)

Los carbohidratos se descomponen en el estmago en glucosa, C6H12O6 . Laglucosa es soluble en la sangre, sta la transporta a las clulas, donde reac-ciona con el O2 que respiramos produciendo CO2 y H2O.

a) Escribe la ecuacin balanceada de la reaccin de la glucosa con eloxgeno.

b) Qu masa de oxgeno se necesita para consumir 120 mg de glucosa?

Respuesta:

b) 0.128 g

Problema 15 (*)

El olor a pescado es debido a la presencia de aminas, R-NH2. Para elimi-narlo se utiliza jugo de limn (que contiene H"1), con el cual forma una espe-cie soluble en agua, segn la siguiente reaccin:

R-NH2 +H+-> (R-NH3)+

Si se tienen 10 mi de jugo de limn con una concentracin de H+de 2xlO"2 M yse quiere eliminar el equivalente a 05 moles de amina se podr realizar?

Respuesta:

No

Problema 16 (**)

Las mascarillas de oxgeno que se utilizan en situaciones de emergenciacontienen KO2 (superxido de potasio) que reacciona con el CO2 y el aguadel aire exhalado para dar oxgeno, segn la siguiente reaccin:

KO2 +H2O +CO2 -> HCO3 +O2

Considerando que una persona exhala 0.95 kg de CO2 por da y que unamascarilla contiene 100 g de KO2, cuntos minutos podr ser utilizada?

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Respuesta:

94 min.

Problema 17 (*)

Cuando una persona consume drogas continuamente, desarrolla en ocasio-nes una dependencia fsica. En el caso de drogas, como la morfina, la de-pendencia es muy fuerte, y suprimir la administracin del frmaco producelo que se conoce como enfermedad de supresin. Los efectos de esta enfer-medad pueden ser tan intensos que resultan intolerables e incluso ponen enpeligro la vida de la persona. Una forma de curar la adiccin a la morfina sebasa en sustituirla por una droga sinttica, la metadona, la cual se desarrolldurante la Segunda Guerra Mundial en Alemania, donde la escasez en elabastecimiento de morfina hizo imperativo el uso de sustitutos baratos. Susefectos son semejantes a los de la morfina, pero la enfermedad de supresin,aunque es ms prolongada, es menos intensa y por tanto ms soportable. Siuna persona consume 400 mg de morfina cuntos mg de metadona tieneque consumir para sentir los mismos efectos? Supngase que el efecto de 1mol de morfina es igual al de 1 mol de metadona.

Respuesta:

0.48 g

Problema 18 (**)

Algunas aguas de ros, al ser utilizadas para lavar no hacen espuma debido asu alto contenido salino, sobre todo de carbonatos, bicarbonatos y sulfatosde calcio y magnesio. Esas aguas se llaman aguas duras . Eliminar la durezadel agua es parte del tratamiento de las aguas utilizadas en calderas o gen-eradores de vapor. Un tratamiento eficaz consiste en utilizar hidrxidos desodio (NaOH) y de calcio (Ca(OH)2). La llamada dureza temporal provienede los bicarbonatos y puede eliminarse mediante la siguiente reaccin:

Ca(HCO3)2 +NaOH -> CaCO3 +Na2CO3 +H2O

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Conceptos bsicos

Adems, el hidrxido de calcio transforma al MgSO4, que es el principalcausante de la dureza permanente, en CaSO4 segn la siguiente reaccin:

MgSO4 +Ca(OH)2-Mg(OH)2 +CaSO4A su vez, el CaSO4 formado ms el que pueda existir en el agua, se elimi-

nan al reaccionar con el carbonato de sodio (Na2CO3) formado, como seaprecia a continuacin

CaSO4 +Na2CO3 - CaCO3 +Na2SO4

Si se desea tratar las aguas de un ro para que puedan ser utilizadas en cal-deras, y se sabe que por metro cbico de agua se tiene:

Ca(HCO3)2 =1.8xl02g/m3, MgSO4 =20 g/m3 y CaSO4 =15 g/m3

Cunto NaOH y Ca(OH)2 se tiene que agregar para eliminar por com-pleto la dureza del agua?

Respuesta:

88.83 g de NaOH y 12.31 g de Ca(OH)2

Problema 19 (*)

Los baibitricos forman un grupo de frmacos depresores del Sistema NerviosoCentral. Producen una sensacin de tranquilidad y relajamiento. Por otro lado,las anfetaminas son frmacos que estimulan la actividad mental y fsica por suaccin tambin en el Sistema Nervioso Central. Si suponemos que un bar-bitrico como el barbitol acta en la misma proporcin que una anfetaminacomo la bencedrina quiere decir que 1 mol de bartntol nos deprimir el SistemaNervioso Central, en la misma cantidad que nos lo estimular 1 mol de bence-drina. Bajo estas condiciones, si una persona consume 400 mg de barbitol y 450mg de bencedrina, al final se estimula o se deprime?

Respuesta:

Se estimula

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Problema 20 (**)

La nicotina constituye por lo menos el 75% de los alcaloides presentes en eltabaco. La sntesis de este alcaloide incluye en sus ltimas etapas lasiguiente reaccin:

C9N2H12 +ICH3 +NaOH -> C10N2H14 H-Nal +H2O

Cuntos gramos de nicotina se pueden obtener a partir de 50 g de norni-cotina (C9N2H12), y 50 g de yoduro de metilo (ICH3 )? Cunto NaOH senecesita?

Respuesta:

Se pueden obtener 55.1 g de nicotina y se necesitan 13.6 g de NaOH

Problema 21 (*)

El monxido de carbono (CO) se combina en forma reversible con la hemo-globina para formar la carboxihemoglobina. Esto trae como consecuenciados efectos importantes. Primero, cierto nmero de sitios de unin para eloxgeno estn ocupados, por lo que la capacidad de transporte de oxgenodisminuye. Segundo, la unin de una o ms molculas de CO a unamolcula de hemoglobina aumenta la afinidad de los grupos hemo sobrantespor el oxgeno. Esto afecta seriamente la capacidad de la hemoglobina paraliberar el oxgeno en los tejidos. Si la afinidad del CO por la hemoglobina esalrededor de 250 veces mayor que la del O2, necesitaramos administrar 250veces ms O2 que el CO inhalado. Sabiendo esto, qu cantidad de oxgenonecesitamos administrarle a una persona que ha inhalado 280 g de CO?

Respuesta:

80 kg

Problema 22 (*)

La clara de huevo es una solucin casi pura de protenas biolgicamente ac-tivas como enzimas, inhibidores o anticuerpos. Su funcin primordial es la

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Conceptos bsicos

de proteger al embrin contra factores microbianos. Una de las protenaspresentes es la lisozima, que es una enzima que provoca la lisis (disolucin)de ciertos microorganismos al romper polmeros de carbohidratos halladosen su pared celular. Su masa molar es de 13 900 g/mol. Si se disuelven 60 gde lisozima en 800 g de agua, cul ser la concentracin en molaridad?

Respuesta:

5.4xlO"3M

Problema 23 (*)

Los azcares dobles (disacridos), tienen todos la misma frmula molecular,y pueden considerarse constituidos por dos azcares simples unidos medi-ante la prdida de una molcula de agua. Tanto el azcar de caa como el deremolacha son sacarosa, combinacin de una molcula de glucosa y una deftnctosa. Algunos sueros que se dan a los enfermos son una solucin 0.146 Mde sacarosa, cuya masa molar es 342 g/mol. Si se quieren preparar tres cuartosde litro de suero, qu cantidad de sacarosa es necesaria?

Respuesta:

37.5 g

Problema 24 ()

El disacrido ms importante, ampliamente difundido en la naturaleza, es lasacarosa. Se le encuentra en su estado libre en todos los vegetales fotosin-tetizadores, y constituye el disacrido principal en la dieta de los animales.La actual produccin mundial de sacarosa es de 80 millones de toneladasanuales, extrayndose una tercera parte de la remolacha azucarera y dos ter-ceras partes de la caa de azcar. Una solucin de 805 g de sacarosa porlitro, tiene una densidad de 1.3 g/ml. Determina la molaridad y la fraccinmolar de la sacarosa en esa solucin.

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Respuesta:

2.35 M ; fraccin mol =0.08

Problema 25 (*)

El nmero de carbohidratos en la naturaleza es realmente prodigioso. De unmodo u otro constituyen menos de la mitad de la materia orgnica de la su-perficie terrestre. La mayor parte de los vegetales se encuentra compuestapor carbohidratos, mientras que el reino animal slo contiene una cantidadlimitada de ellos. Para el ser humano en particular son una importante fuentede energa, misma que obtiene a travs de la oxidacin metablica realizadaen las clulas del cuerpo. El resultado neto de la oxidacin metablica de laglucosa puede resumirse en:

C6H12O6 +O2-> CO2 +H2O +energa

Si de este proceso se obtienen 100 g de H2O, cuntos gramos de glucosay oxgeno se utilizaron?

Respuesta:

167 g de glucosa y 177.8 g de oxgeno

Problema 26 (**)

Las protenas son polmeros muy complejos, presentes en todo tipo de mate-ria viva: vegetales, animales y microorganismos, Su importancia para la vidafue reconocida intuitivamente desde hace muchos aos. El nombre protena,que significa lo ms importante, fue sugerido por Berzelius y empleado porvez primera por Mulder, qumico holands, en 1838. A pesar de su compleji-dad e inmensa diversidad, todas las protenas conocidas se componen bsi-camente de slo 20 unidades estructurales, los llamados aminocidosesenciales. El cuerpo humano sintetiza protenas a partir de los aminocidosde las clulas. La glicina es el aminocido ms sencillo y se puede sintetizaren el laboratorio a partir del cido cloroactico (C1CH2COOH), y del amo-niaco (NH3), segn la siguiente reaccin:

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Conceptos bsicos

C1CH2COOH +NH3 -> CH2NH2COOH +NH4C1

Si se tienen 450 g de cido cloroactico y 150 g de amoniaco, cuntosgramos de glicina se pueden obtener si la reaccin tiene un rendimiento del80%?

Respuesta:

264.6 g

Problema 27 (**)

Un anlisis tpico indica que la manzana contiene entre otras sustancias:protenas =0.2 % en pesograsas =0.8 % en pesocarbohidratos =29.2 % en peso

El mismo tipo de anlisis revel que el pltano contiene:protenas = 1.3 % en pesograsas =0.6 % en pesocarbohidratos =21.0 % en peso

Una persona tiene que sustituir una dieta diaria de 200 g de manzana porpltanos. Si desea mantener la misma dosis diaria de protenas, cuntos gra-mos de pltano debe comer al da? Con esa cantidad de pltano ingerida,aumenta o disminuye la ingestin de grasas y carbohidratos respecto de loque se ingera con la manzana?

Respuesta:

30.8 g de pltano, la ingestin de grasas disminuye.

Problema 28 (*)

Los compuestos orgnicos que no son protenas, carbohidratos y grasas, yque se requieren en la dieta para reacciones metablicas especficas, seconocen como vitaminas. Los seres humanos no podemos sintetizar las vi-taminas, por lo que las tomamos de los alimentos, donde estn de formanatural. La deficiencia vitamnica puede causar algn padecimiento. Elqumico Linus Pauling, ganador del premio Nobel, inici en 1970 una gran

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controversia mdica, cuando sostuvo que las dosis masivas de vitamina Cpodan prevenir o combatir el resfriado comn. Sugiri que los individuostenan una necesidad variable de dicha vitamina y recomend una dosis de0.25 a 10 g diarios. Muchos mdicos criticaron esta idea y afirmaron que lasdosis masivas de vitamina C no podan ayudar a evitar los resfriados, peroen cambio podan causar otras complicaciones. Actualmente se cree que elexceso de vitamina C es eliminado por el cuerpo. Si el margen diario re-comendado de vitamina C es de 90 mg, significa que esta cantidad es la quese puede metabolizar.

Sabiendo esto, cuntas moles de vitamina C se eliminan cuando seingiere la dosis diaria sugerida por Pauling?

Respuesta:

9.1 xlO"4 moles

Problema 29 (***)

Una persona que padezca de lcera duodenal puede llegar a tener una con-centracin de cido clorhdrico (HC1) igual a 7.69 x 10"2 M en el jugogstrico. Sabiendo que se secretan aproximadamente 3 litros diarios de jugogstrico, cuntos gramos de HC1 recibe su aparato digestivo? Si una per-sona sigue un tratamiento con tabletas compuestas por hidrxido de alu-minio (A1(OH)3) y otra con tabletas que contienen hidrxido de magnesio(Mg(OH)2), calcula el nmero de tabletas que ingerir diariamente cadapaciente. Si cada tableta tiene una masa de 0.5 g y las reacciones que se lle-van a cabo son:

HC1 +A1(OH)3 -> A1C13 +H2OHC1 +Mg(OH)2 ->MgCl2 +H2O

Respuesta:

8.42 g; 12 tabletas de A1(OH)3 y 19 tabletas de Mg(OH)2

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Conceptos bsicos

Problema 30 (*)

El mar es el habitat de una increble cantidad de vida animal y vegetal. Enrealidad se trata de una gigantesca solucin de iones y otras sustancias. Granparte de los constituyentes disueltos del agua de mar son iones y los estudioshan demostrado que al parecer, se producen slo pequeas variaciones en lascantidades relativas de dichos iones. Los principales constituyentes del aguade mar tpica son (en gramos por kilogramo de agua de mar): ion sodio10.76; ion magnesio 1.294; ion calcio 0.413; ion potasio 0387; ion estroncio0.008; cido brico 0.004; nitrgeno 0.10; oxgeno 0.007; bixido de car-bono 0.6; ion cloruro 19.353; ion sulfato 2.712; ion carbonato de hidrgeno0.142; ion bromuro 0.067; ion floruro 0.001 y ion yoduro 0.00006.

Expresa la concentracin de todas las especies en molaridad. La densidaddel agua de mar es 1.3 g/mL.

Respuesta:

0.61 M de Na+; 0.07 M de Mg2+y 0.01 M de Ca2+

Problema 31 (***)

El ion oxalato cido (HC2O4~) es txico debido a que precipita el calcio ioni-zado. Por otra parte, el cido oxlico (H2C2O4) es un fuerte corrosivo.Cuando se ingiere el cido oxlico, un posible antdoto consiste en tomarpermanganato de potasio (KMnO4), que produce la siguiente reaccin enpresencia del cido clorhdrico que hay en el medio estomacal:

H2C2O4 +KMnO4 +HC1 -> CO2 +MnCl2 +KC1 +H2O

Si una persona ingiere 10 gramos de cido oxlico y se trata con 15.5 g depermanganato de potasio, se salva o muere?

Respuesta:

Se salva

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Problema 32 (*)

En la bsqueda de edulcorantes, pero que no aumentaran necesariamente elpeso de la persona que las consuma, se descubri hace ms de un siglo lasacarina. De esta, hace poco, se dijo que podra producir cncer, y auncuando las cantidades que una persona tiene que ingerir para que eso ocurrasean exageradamente altas y fuera de toda lgica, la gente empez a dejar deconsumirla. Se sigui buscando y se encontr el aspartame, que no es msque un dipptido formado por fenilalanina metilada y cido asprtico. Elaspartame es 200 veces ms dulce que el azcar comn, lo que ha llevado apensar en usar protenas y no tan solo azcares cuando de endulzantes se trate.Si un sobrecito de Canderel, (conocida marca de edulcorante) contiene 0.0375 gde aspartame, cuya masa molar es 335 g/mol, Cuntos gramos de sacarinatienes que tomar para obtener la misma cantidad en moles que tendras en unsobre de Canderel?

Respuesta:

0.02 g

PROBLEMAS RESUELTOS

Problema 10 (***)La clorofila es el principal pigmento en la captacin de la luz en lasclulas verdes. Su molcula tiene una estructura compleja. El anlisisqumico de la clorofila muestra que contiene 2.72% en masa de Mg.Adems se sabe que por cada molcula de clorofila hay un tomo demagnesio. Con estos datos, calcular la masa molar de la clorofila.

Solucin:

Sabemos que m =n MM (donde m es la masa, n el nmero de moles y MMla masa molar), esto significa que para determinar la masa molar decualquier compuesto deben conocerse m y n. En este caso

M M Clorofila = m Clorofila n Clorofila 0)

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Conceptos bsicos

En este problema se menciona que la clorofila contiene 2.72 % en masade magnesio, escogemos por conveniencia m clorofila ==100 g. As en 100 gde clorofila tendremos 2.72 g de Mg. Adems la relacin entre molculas declorofila y tomos de magnesio es de 1:1, que es la misma relacin entremoles, es decir:

n Magnesio = n Clorofila ( 2 )

De esta manera, si se sabe el nmero de moles de magnesio se sabr el declorofila. El nmero de moles de magnesio se puede conocer por:

n Magnesio = m Magnesio / M ^ Magnesio

En 100 g de clorofila

* Magnesio =2.72 g / 24.3 g/mol =0.112 mol =n Cloroflla

Sustituyendo m Cloroflla y n Cloroflla en (1)

MMcloroflla=893.4g/mol

Problema 20 (**)La nicotina constituye por lo menos el 75% de los alcaloides presentesen el tabaco. La sntesis de este alcaloide incluye en sus ltimas etapasla siguiente reaccin:

C9N2H12 +ICH3 +NaOH -> C10N2H14 +NaI +H2O

Cuntos gramos de nicotina se pueden obtener a partir de 50 g denornicotina (C9N2H12), y 50 g de yoduro de metilo (ICH3)? CuntoNaOH se necesita?

Solucin:

En todos los problemas de estequiometra, como en ste, lo primero que hayque revisar es que la reaccin est balanceada, antes de empezar a hacercualquier clculo o relacin. Para hacerlo se cuenta el nmero de tomos de

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Reactivos100216010101

tomoCNH0NaI

cada especie en ambos lados de la ecuacin el cual debe coincidir. En estareaccin

Productos100216010101

El nmero de tomos es el mismo en reactivos y productos, por lo queesta reaccin est balanceada. Si esto no sucede tendrs que recurrir a algnmtodo de balanceo.

Una vez hecho esto, el problema nos pide calcular la masa de nicotina,tenemos 50 g de dos de los reactivos, cul se debe utilizar para resolver elproblema? La respuesta es el Reactivo Limitante (RL), el cual se acabaprimero en la reaccin. De la nornicotina y el yoduro de metilo hay que de-cidir cul es el RL. En la reaccin se puede ver que la relacinestequiomtricaes:

** Nornicotina ""** Yoduro de metilo

Con la masa (50 g) y la masa molar (141.9 g/mol) de yoduro de metilopodemos calcular su nmero de moles, esto es

n =mMM =0.35 moles

por lo que al menos necesitamos 0.35 moles de nornicotina para que reac-cione todo el yoduro de metilo. De la misma manera como calculamos lasmoles de yoduro de metilo podemos hacerlo para la nornicotina cuya MM es148 g/mol y encontramos que:

n Nornicotina =0-34 moles ,

se puede observar que el nmero de moles que tenemos de nornicotina esmenor que el necesario por tanto el RL es la nornicotina.

Es importante sealar que no siempre el RL est en menor cantidad estodepende de la relacin estequiomtrica que guarden los reactivos.

Como el RL es el que se acaba primero en la reaccin sabemos entoncesque todas las moles de nornicotina van a reaccionar, con este dato y la re-lacin mostrada en la reaccin

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Conceptos bsicos

** Nornicotina ^ Nicotina

podemos calcular la masa de nicotina formada (MM Nicotina =162 g/mol)que es:

m Nicotina =55.1 g

Tambin de la reaccin se sabe que el nmero de moles de NaOH nece-sario es:

n Nornicotina = n NaOH = 0 - 3 4 m o 1

por lo que su masa es:m NaOH =13.6 g

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GASES

OBJETIVOS

n Diferenciar entre las escalas centgrada y absoluta de temperatura. Es-tablecer la relacin entre ellas.

n Manejar las leyes de los gases: Ley de Boyle, Ley de Charles y deGay-Lussac. Manejar el principio de Avogadro.

n Escribir la ecuacin de estado del gas ideal y utilizarla para evaluar loscambios de presin, temperatura y volumen de una muestra gaseosa.

n Manejar la Ley de Dalton de presiones parciales. Definir la presinparcial de un gas en una mezcla.

n Establecer las relacin que existe entre la densidad de un gas ideal y sutemperatura, presin y masa molar.

n Describir las diferencias entre un gas real y un gas ideal.n Describir el comportamiento de los gases reales: ecuacin de van der

Waals.a Manejar los postulados en los que se basa la Teora Cintica de los

Gases. Aplicarlos a problemas simples.

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NOTA: Los problemas que requieren de modelos reales para su resolucinse especifican en el texto. Todos los dems debern considerarse con elmodelo del gas ideal.

Problema 1 ()

Toda vida animal es posible gracias a la vida vegetal. De las plantas se sacanlas protenas con las que animales y humanos fabrican las suyas propias. Lasprotenas contienen nitrgeno. A pesar de que en la atmsfera existen gran-des cantidades de nitrgeno elemental (N2), ste no puede ser empleado porla mayor parte de los vegetales para fabricar protenas, pues es una molculamuy estable. Para lograr que este nitrgeno sea biolgica y qumicamentetil, se necesita combinarlo con otros elementos, ya que las plantas slopueden tomar el nitrgeno de diversos compuestos existentes en el suelo. Elproceso de transformacin del N2 se lleva a cabo naturalmente por las bacte-rias y algas fijadoras de nitrgeno. Gracias a stas es posible la existencia dela vida vegetal, y por ende animal y humana. La fabricacin artificial de fer-tilizantes nitrogenados hace posible que el hombre mirifique el suelo y cul-tive sin depender de dichas bacterias y algas. El proceso Haber defabricacin de amoniaco, es muy importante en la fabricacin de fertilizan-tes, se lleva a cabo segn la siguiente reaccin:

N2 +H2 -> NH3

Este proceso tiene un rendimiento del 61 %. Si en una fbrica utilizan 300 Lde H2 y 350 L de N2 diarios, a una temperatura de 500C y 500 atm depresin para fabricar el amoniaco necesario, cuntos cilindros se llenarnpor da? Los cilindros estn a 25C, tienen 30 L de capacidad y una presinde 4 atm.

Respuesta:

196 cilindros

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Gases

Problema 2 (*)

Los fertilizantes qumicos se aaden a la tierra para aumentar la calidad yrendimiento de las cosechas. Las plantas necesitan N, P, K, Ca, S y Mg,adems de CO2 y agua. La principal materia prima para elaborar los fertili-zantes nitrogenados es el amoniaco, NH3, que se prepara por el proceso Ha-ber descrito anteriormente. En un recipiente de 2 L , a 25C se colocaron 1.5g de H2 y 7 g de N2. Cul ser la presin del amoniaco en el recipiente, sise considera que ste se comporta como un gas ideal? Si el amoniaco secomporta como un gas de van der Waals, cmo es ahora su presin? (Parael amoniaco: a =4.17 atmL2/mol2 y b =0.0371 L/mol)

Respuesta:

6.11 atm si se considera gas ideal y 5.91 atm si se trata como gas de van derWaals

Problema 3 (**)

Para poder respirar normalmente, la presin del CO2 en una mezcla gaseosano debe ser mayor de 4.1 mmHg. Una persona respirando normalmente pro-duce diariamente alrededor de 0.950 kg de CO2. Cunto tiempo podrn per-manecer 3 individuos en una sala de 3x4x2.8 m a una presin de 1 atm y23C de temperatura sin que empiecen a sentir los efectos del CO2? Consid-era que no hay intercambio de aire entre la sala y el exterior, y que elvolumen de las personas es despreciable.

Respuesta:

2.8 horas

Problema 4 (**)

Las personas que sufren problemas respiratorios necesitan respirar oxgenoms puro de lo que normalmente se encuentra en la atmsfera. Para estospacientes, el oxgeno se guarda en cilindros metlicos y de esta forma lopueden tener en su casa o en los hospitales. Adems, en diversos experimen-tos qumicos es necesario tener compuestos gaseosos como reactivos, y estos

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compuestos se guardan en cilindros semejantes. En una planta qumica seproduce CO2 y O2. Por un error en el procedimiento, un lote de cilindros deCO2 se etiqueta como si fuera de O2. Los cilindros llegan a un hospital paraadministrarse a los enfermos, cuando el dueo de la fbrica llama notifi-cando el error. Podrn identificar lo que contiene cada cilindro, o para noenvenenar a los pacientes con CO2, tendrn que devolver todos los cilindrosa la planta? Todos los cilindros tienen exactamente el mismo peso (10 kg) yel mismo volumen cuando estn vacos, y se llenan a la misma temperaturay presin.

Respuesta:

S se puede saber lo que tiene cada cilindro por la diferencia de masas

Problema 5 (*)

El CO2 que tiene una botella de refresco ocupa un volumen de 8 cm3, a unapresin de 1.2 atm y 17C de temperatura. Cuntas moles de CO2 hay en elrefresco? Si la corcholata resiste 5 atm de presin, hasta qu temperatura sepodra calentar la botella sin que se destape? Por qu cuando se deja en elcongelador la botella de refresco sta se rompe?

Respuesta:

4.04xl0"4moles;1207.4K

Problema 6 ()

El butano es un gas incoloro e inodoro que constituye el componente princi-pal del gas natural. Cuando se usa como combustible se acostumbra agre-garle un gas muy oloroso en pequeas cantidades, el metil-mercaptano, paraque la gente se de cuenta de cualquier fuga que pudiera causar una ex-plosin, o algn envenenamiento. En una casa que mide 125 m de superfi-cie por 2.85 m de altura se ha quedado abierta una llave del gas. Sus dueosse fiieron 3 das de vacaciones a San Luis Potos. Por la llave de gas salen4.7xlO23 molculas/cm2s. La llave mide 0.25 cm2 de rea. Cul ser lapresin de la casa cuando regresen sus dueos, si originalmente estaba a20? Suponga que la casa est aislada, que la temperatura que miden los

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Gases

dueos al llegar es de 40C, y que no hay otro gas presente adems del bu-tano.

Respuesta:

3.6 atm

Problema 7 (***)

La fermentacin es un proceso qumico donde las molculas orgnicas com-plejas se dividen en compuestos ms simples, como el etanol y el CO2. Esteproceso se acelera por medio de ciertas enzimas, que son catalizadoresqumicos complejos producidos por clulas vivas. Las cerveceras utilizan elCO2, producto de la fermentacin, para presurizar la cerveza en las botellas.Cada botella tiene un volumen de cerveza de 300 mi y queda un volumen sinocupar de 23 cm3. El gas que queda en la botella contiene, expresado comoporcentaje en masa, 70% de CO2,28% de N2 y 2% de O2. Adems hay CO2disuelto en la cerveza en un 3.7% en volumen. Si la presin de cada botellaes de 2 atm y la temperatura de 25C, cuntos gramos, en total, de CO2 seutilizan en cada botella de cerveza?

Respuesta:

0.09 g

Problema 8 (*)

Los productos de la fermentacin tambin pueden utilizarse para incremen-tar el volumen del pan, con lo cual ste se hace ms suave y sabroso. Latemperatura de fermentacin a 1 atm de presin es 36.5C. Calcula elvolumen de CO2 que se produce en la fermentacin de 1500 g de glucosa.La reaccin de fermentacin es:

C6H12O6 -> C2H5OH +CO2

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Respuesta:

424 L

Problema 9 (*)

En muchos laboratorios de anlisis e investigacin se utiliza hielo seco, CO2slido. ste puede prepararse dejando salir voluntariamente CO2 por lavlvula de un cilindro, con lo cual el gas se solidifica. Algunos cilindroscontienen 20 kg de CO2 en un volumen de 30 L . Si la temperatura es 30C,cul es la presin del CO2 dentro del cilindro?

Respuesta:

376.5 atm

Problema 10 (**)

El trinitrato de glicerilo, conocido como nitroglicerina, es un explosivo degran potencia. Esto se debe principalmente a que su descomposicin generaun enorme aumento de volumen. La nitroglicerina se utiliza tambin comomedicamento contra la angina de pecho, que es una insuficiencia transitoriadel aporte de sangre, oxgeno y nutrientes al corazn, acompaada de un do-lor muy intenso. Su accin es tan eficaz, que inmediatamente despus demasticar una cpsula de nitroglicerina, sucede una vasodilatacion coronariaque incrementa el flujo sanguneo y mejora la irrigacin al corazn. La reac-cin de descomposicin de la nitroglicerina es:

C3H5(ONO2)3(1)-^CO2(g) +H2Ofe) +N2(g) +O2(g)

Si cada cpsula de nitroglicerina contiene 0.8 mg de sta, cuntas molesde gas se producen y que volumen ocupan a la temperatura del cuerpo hu-mano y la presin de 1 atm?

Respuesta:

2.56 x 10"5 moles y ocupan 0.65 mL

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Gases

Problema 11 (***)

Los vegetales son los que controlan el nivel de CO2 en la atmsfera al em-plearlo para sintetizar carbohidratos a travs del proceso de fotosntesis, quese lleva a cabo segn la siguiente reaccin:

CO2 +H2O -> C6H12O6 +O2

El proceso de fotosntesis genera una gran cantidad de oxgeno y dehecho fue una de las causas que cambi la atmsfera a como actualmente es.Cada ao, las plantas incluyendo las algas ocenicas, fijan 150 mil millonesde toneladas de carbono con 25 mil millones de toneladas de hidrgeno paraproducir materia orgnica y simultneamente descargar 400 mil millones detoneladas de oxgeno. Si consideras que la temperatura es 25C y la presin1 atm, qu volumen de hidrgeno se consume y cunto de oxgeno se pro-duce? Cunto aumenta el volumen de gas de la Tierra slo por el procesode fotosntesis? Se calcula que si el proceso de fotosntesis se detuviera, bas-taran 2000 aos para que desapareciera todo el oxgeno de la atmsfera. Siesto es cierto, cuntas moles de oxgeno se dejaran de producir?

Respuesta:

El volumen de H2 y O2 es 3.06 x 1017 L; se dejaran de producir 2.5 x 1019moles de Oo

Problema 12 (**)

Una de las principales fuentes de CO2 es la combustin completa de la ga-solina (mezcla de hidrocarburos). Supongamos que la gasolina slo estcompuesta de octano cuya reaccin de combustin puede representarsecomo sigue:

CxHy +O2 -> CO2 +H2O

donde CxHy es octano. Si 100 g de este hidrocarburo producen 171.48 L deCO2 y 192.92 L de H2O, a 25C y 1 atm, encuentra la frmula mnima deloctano. Si ahora, 100 g de octano ocupan 21.56 L a 30C y 1 atm, encuentrasu frmula molecular. Con esta informacin, reescribe la ecuacin de com-bustin balanceada.

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Respuesta:

La frmula mnima es C4H9 y la molecular C8H18

Problema 13 (*)

Una planta durante el da efecta el proceso de fotosntesis, donde consumeCO2 y elimina O2 adems de su proceso de respiracin normal, en el cual con-sume O2 y elimina CO2. Una persona sentada enfrente de una planta a 1 m dedistancia, quiere saber cual de los dos gases, que sta emite, llega primero adonde esta l. Sin tomar en cuenta la atmsfera del cuarto, podras contestarsu pregunta?

Respuesta:

S, el oxgeno llega primero

Problema 14 (***)

El aire de la atmsfera es una mezcla de gases, que ha llegado a ser lo que esa travs de un proceso de evolucin que ha durado varios miles de millonesde aos. En los ltimos 50 millones de aos la composicin de la atmsferaha permanecido prcticamente constante. Sin embargo, parece que las activi-dades del hombre ltimamente la estn alterando con los trabajos de la so-ciedad industrial. La atmsfera se calcula que est formada por 5.5 x 1021gramos de aire, mismos que estn ubicados a una distancia de la superficieterrestre de aproximadamente 100 km. Su composicin en trminos de por-centaje en volumen es 78.08% de nitrgeno, N2; 20.95% de oxgeno, O2;0.934% de argn, Ar; y 0.0314% de CO2. Aun cuando la atmsfera se puededecir que es homognea alrededor de la Tierra, la presin que ejercen losgases sobre diferentes regiones del planeta s depende de cada lugar. A estapresin se le denomina presin atmosfrica, es igual a 760 mmHg a nivel delmar y va cambiando dependiendo de la altura de cada sitio. En la ciudad deMxico la presin atmosfrica es de 586 mmHg, debido a que est situada ams de 1000 m de altura sobre el nivel del mar. Independientemente de lacontaminacin que sufrimos en el valle de Mxico, por qu le conviene auna persona con algn mal cardiaco irse a vivir a Acapulco y no vivir en laciudad de Mxico?, cuntas moles de O2 hay en toda la atmsfera terrestre?

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Gases

Si la temperatura promedio en Acapulco es de 30T! y en Mxico es de 20TI,dar lo mismo vivir en un sitio que en otro?, depender el bienestar, deuno de estos pacientes, de la temperatura en cada una de estas ciudades?

Respuesta:

3.61 x 1019 moles de oxgeno

Problema 15 (**)

El ozono, O3, es un gas picante que se forma en la atmsfera por reaccionesfotoqumicas. Es uno de los contaminantes secundarios que aparecen en lasgrandes ciudades. Su presencia en la estratosfera es indispensable para de-tener los rayos uv del sol. Ciertos compuestos, (llamados clorofluorocar-buros), producidos por el hombre llegan a la estratosfera y pueden destruir alozono. Los clorofluorocarburos se han usado como lquidos refrigerantes eimpulsores en latas de aerosoles. Son muy voltiles e inertes, y por eso per-manecen entre 10 y 30,000 aos en la atmsfera, llegando a difundirse hastala estratosfera donde est la capa de ozono. Ah reaccionan fotoqumi-camente y producen tomos de cloro, el cual reacciona y destruye al ozono,segn las siguientes reacciones:

CC13F^>CC12F+C1Cl +O3 -> CIO +O2

Se ha estimado que si el ozono atmosfrico se redujese en 1 % habra 2%ms casos de cncer en la piel debido a la mayor cantidad de rayos ultrav-ioletas que llegaran a la superficie de la Tierra. Haciendo un experimentopara tener ms evidencia de este problema, se coloca ozono en un frasco de10 L hasta que la presin es de 1 atm. Cuntos gramos de CC13F se necesi-tan para reducir la presin de ozono a 0.9 atm? La temperatura es de 25C, yse pone la luz necesaria para que se lleve a cabo la reaccin fotoqumica.

Respuesta:

5.5 g

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Problema 16 (**)

De los xidos de carbono el ms nocivo para la salud es sin duda elmonxido de carbono, CO, ya que modifica el transporte de oxgeno a lasclulas del organismo. El CO inhabilita a la hemoglobina por lo cual no sepuede llevar el oxgeno a todo el organismo, y sobreviene la muerte por as-fixia. Una fuente de CO es la combustin automotriz. Cuando los autos notienen ningn control para reducir la emisin de CO, por cada 100 litros degasolina quemada se generan aproximadamente 30 g de monxido de car-bono. En 1982 ocurri una intoxicacin masiva notable en la ciudad deMxico, cuando cientos de coches queran salir al mismo tiempo de un es-tacionamiento bajo tierra. La emisin de CO y la lentitud del sistema de co-bro propiciaron lo que pudo ser una catstrofe, de no ser porque el cobradorresolvi dejar salir a los vehculos sin pagar. Si cada coche quem enpromedio 3 litros de gasolina durante la espera, cuntos coches haba en lacola si la concentracin de CO en el estacionamiento lleg a la dosis peli-grosa de 46 mg/m3? El estacionamiento mide 50 x 30 x 3 m y tena una tem-peratura de 30C.

Respuesta:

230 coches

Problema 17 (*)

Otra fuente importante de CO es el humo del cigarro. Un fumador aspira 10 mgde CO por cada cigarro que se fuma. Sabiendo esto, cuntas molculas de COse consumen por cigarrillo y qu densidad tiene este gas a 22*C y 580 mmHg?

Respuesta:

2.15 xlO20 molculas

Problema 18 (*)

El cianuro de hidrgeno (HCN) es un gas que se utiliza en la cmara degases debido a que es un poderoso veneno. Su forma de accin es igual a ladel CO, lo que quiere decir que tambin forma un compuesto muy estable

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Gases

con la hemoglobina y la persona muere por la incapacidad de transportaroxgeno a todo el organismo. Si la fragancia de un perfume tiene una masamolar de 400 g/mol, podr el condenado a muerte oler el perfume antes demorir?

Respuesta:

No puede oler el perfume porque el HCN llega primero

Problema 19 (*)

La atmsfera de hoy no es la misma que aquella de la Tierra en formacin.Ha evolucionado. La primera atmsfera terrestre estaba constituida princi-palmente por H2 y He, gases que escaparon a la fuerza gravitacional queconsolid al planeta. Al compactarse la Tierra, la temperatura interior seelev y se inici una etapa de alta actividad volcnica que liber hacia la at-msfera H2O, CO2, SO2, N2, CH4 y otras molculas acidas. Con la presenciadel agua se inici la lluvia, la cual lav la atmsfera, la que conserv princi-palmente N2, H2, CH4 y, en menor proporcin NH3 y otros gases. Esta es laatmsfera reductora que permiti el arraigo de la vida en la Tierra hace 4000millones de aos. Despus, el proceso de fotosntesis gener gran cantidadde oxgeno, O2. La presencia de oxgeno y su conversin en ozono hizoposible que la superficie del planeta fuera menos inhspita para la vida. Alproliferar sta en el mar y en la tierra se form la actual atmsfera, con unaquinta parte de O2. Si tomaras una muestra de 100 mi de gas en cada mo-mento de la evolucin de la atmsfera, cul sera la presin parcial de losgases, etapa por etapa , si consideras que la presin total es 1 atm, la tem-peratura es de 30T! y de cada gas hay 30 gramos?.

Respuesta:

Primera Etapa: P(H2) =0.67 atm y P(He) =0.33 atmSegunda Etapa: P(H2O) =0.29 atm; P(CO2) =0.12 atm;P(SO2) =0.08 atm;P(N2) =0.19 atm y P(CH4) =0.33 atm

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Problema 20 (**)

El flujo sanguneo a travs de los pulmones durante cada respiracin es de0.25 L . La frecuencia de respiracin es de 20 por minuto. A una persona in-toxicada con CO se le trata manteniendo artificialmente la respiracin con laadministracin de O2 puro, en una concentracin expresada como por cientoen volumen, de 95% de O2 y 5% de CO2, para promover el desplazamientocompetitivo de CO. El volumen pulmonar efectivo total despus de una inspi-racin normal es aproximadamente de 2.8 L. Si la persona est durante una horacon el tratamiento, cuntas molculas de CO son desplazadas por el O2? Con-sidera que en la reaccin por cada molcula de O2 se desplaza una de CO, quela temperatura del cuerpo es de 37SC y que la presin es de 1 atm.

Respuesta:

75.6 x 1024 molculas

Problema 21 (***)

Las clulas de la levadura proporcionan dixido de carbono que eleva el pano lo hace ligero. En pasteles el agente elevador puede ser el aire. ste seatrapa a travs del uso de claras de huevo batidas o por medio de lo que sellama acremar (revolver el azcar y la mantequilla juntas). Mas a menudo elgas en pasteles se obtiene por medio de una reaccin qumica en la masa. Eneste caso, se usa polvo de hornear. Todas las personas que han hecho algunavez un pastel saben que cuando se saca del horno y se enfra su altura dis-minuye. Algunos polvos de hornear estn formados por una mezcla equimo-lar de bicarbonato de amonio y tartrato cido de potasio, los cuales, enpresencia de agua y de calor, llevan a cabo la siguiente reaccin:

NH4HCO3 +KHC4H4O6 ->NH4KC4H4O6 + 1 ^ 0 ^ +CO2(g)

Pedro quiere sorprender a su novia regalndole un pastel que l mismohizo. Toma un molde de 30 cm de dimetro por 6.5 cm de altura. El pastelantes de ser puesto en el horno llena el molde hasta una altura de 2 cm. Latemperatura del horno es \20Xl. Si Pedro le pone 30 g de polvo de hornear

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Gases

al pastel, se le derramar fiiera del molde? Considera que la presin dentrodel horno es de 1 atm, y que solamente el 50 % en volumen de los gases pro-ducidos son retenidos en la masa: el resto se escapa. Si ahora le pone la can-tidad mxima de polvo de hornear necesaria para que no se derrame el pasteldel molde, cul ser la altura de ste al retirarlo del horno y dejarlo enfriar ala temperatura ambiente, 25TI? Toma en cuenta que a esta temperatura elagua es lquida.

Cuando Pedro tiene el pastel listo para meterlo al horno, se da cuenta quesu novia llegar en 20 minutos y decide que en lugar de poner el horno a120TI, lo va a poner a 320(. Qu le pasa al pastel?

Respuesta:

Con 30 g de polvo de hornear el pastel se derramar. La altura del pastelusando la cantidad mxima de polvo de hornear es 4.24 cm. Si se aumenta latemperatura del horno el pastel se derramar.

Problema 22 (**)

Crece la preocupacin mundial por el aumento de la incidencia de las intoxi-caciones agudas. Cada ao se producen por lo menos 10,000 fallecimientoscuya causa directa y comprobada es un compuesto qumico. Ms de la mitadde los casos se deben al empleo de agentes qumicos con fines suicidas. Destos aproximadamente la mitad son por monxido de carbono y gases delescape de los automotores. Un motor de automvil que funciona mal puedellegar a producir 1 mol de CO cada 2 minutos. Una concentracin de 0.40%en volumen de CO resulta mortal para las personas en un breve periodo.Mucha gente se suicida encerrndose en la cochera, con el motor del cocheencendido. Una persona se mete en un garaje que mide 10 x 2 x 3 m con elmotor de su coche encendido. Un vecino observa el humo y llama a lapolica, que tarda 20 minutos en llegar. Encuentran a la persona todava convida? La temperatura es de 30


Algunos frmacos se inhalan en fonna de gases y entran a la circulacin atravs de las membranas alveolares por difusin. As es como se administranlas anestesias voltiles. Una mezcla gaseosa de ciclopropano y aire se usacomo anestsico general. Se comienza dndole al paciente una mezcla de5% de aire, y 95% de ciclopropano (porcentaje en volumen). Despus de al-canzar el primer nivel de anestesia se puede bajar el porcentaje de ciclo-propano a 92%. Un soplador enva el aire a la cmara de mezclados con unapresin de 810 mmHg. La presin del ciclopropano se grada con unavlvula. Si se desea que la mezcla llegue al paciente siempre a una atms-fera de presin, cul es la presin del ciclopropano al inicio y despus dealcanzar el primer nivel de anestesia?

Respuesta:

0.95 atm al inicio y 0.92 atm al final

Problema 24 (*)

Una manifestacin estudiantil ha formado una columna de 1000 m de longi-tud. Las fuerzas del orden pblico vienen por delante de ellos a dispersarlos,para lo cual llevan dos tipos de gases: hilarante, N2O, que te hace reir; y lac-rimgeno C6HnOBr, que te hace llorar. Despus de soltar los gases, quhacen primero los estudiantes, rer o llorar?

Respuesta:

Rer

Problema 25 (**)

Para que regreses a la realidad, demuestra que la ecuacin de van der Waalsse reduce a la ecuacin del gas ideal a temperaturas altas y bajas presiones.

Problema 26 (*)

El ahumado es una tcnica utilizada en la conservacin de alimentos debidoa la accin secante y bactericida del humo. Uno de los componentes del

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Gases

humo es el formaldehdo (CH2O), del que se sospecha es carcingeno. Cules la presin parcial de 1.2 g de formaldehdo, que estn contenidos en 4.5 Lde humo a temperatura y presin estndar?

Respuesta:

0.2 atm

Problema 27 ()

El oxgeno es un gas necesario para la vida. Sin embargo, resulta dainopara el ser humano cuando su presin parcial es mayor de 0.2 atm. Por estarazn, los buzos utilizan tanques que contienen una mezcla de helio, He, yoxgeno, O2. El nitrgeno gaseoso no puede ser utilizado en esta mezcla por-que si su presin parcial rebasa 1 atm, parte del nitrgeno se disuelve en lasangre produciendo narcosis de nitrgeno, que tiene los mismos sntomas deuna intoxicacin alcohlica. Calcula el nmero de molculas de nitrgeno,N2, que contiene una mezcla gaseosa de nitrgeno y oxgeno en un tanquede 5 L, a 1.8 atm de presin y 25


Respuesta:

4.95 x 1(T atm

Problema 29 (**)

En tierras pantanosas y reas de drenaje se produce un gas por cultivo debacterias anaerbicas. Se sabe que este gas contiene slo carbono ehidrgeno. Adems, este gas fluye a travs de una membrana porosa en 2minutos. En semejantes condiciones de presin y temperatura un volumenigual de cloro gaseoso (Cl2) fluye en 4.21 minutos a travs de la misma bar-rera. Calcula la masa molar del gas desconocido y sugiere de qu gas puedetratarse. (Pista: Ley de difusin de Graham).

Respuesta:

16 g/mol

PROBLEMAS RESUELTOS

Problema 12 (**)Una de las principales fuentes de CO2 es la combustin completa de lagasolina (mezcla de hidrocarburos). Supongamos que la gasolina sloest compuesta de octano cuya reaccin de combustin se puederepresentar como sigue:

donde CxHy es octano. Si 100 g de este hidrocarburo producen 171.48L de CO2 y 192.92 L de H2O, a 25C y 1 atm, encuentra la frmulamnima del octano. Si ahora 100 g de octano ocupan 21.56 L a 30C y1 atm, encuentra su frmula molecular Con esta informacin,reescribe la ecuacin de combustin balanceada.

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Gases

Solucin:

Queremos encontrar la frmula mnima del octano, tu sabes que una frmulaqumica establece la relacin que hay entre tomos o moles de tomos decada elemento en un compuesto. En este caso es necesario, entonces, encon-trar el nmero de moles de C y el nmero de moles de H que forman al oc-tano y la relacin entre stos.

En la reaccin se puede observar que todo el carbono contenido en eldixido de carbono y el hidrgeno contenido en el agua provienen del oc-tano. De la frmula qumica del CO2 podemos concluir

y del agua

Si consideramos que el CO2 y el H2O son gases ideales su nmero demoles se puede saber por:

n =PV / RT donde P =1 atm, T =298.13 K para ambosyV H2O =192.92 L,VCO2 =171.48 L

as,n co =7.018 mol y n

H 0 =7.895 molpor lo que

nc =7.018 mol y nH =15.79 moly la relacin entre ellos es

=2.25

esto nos dira que la frmula mnima es CiH22s- Sin embargo, la relacinmnima entre tomos debe expresarse en nmeros enteros, por tanto multi-plicamos por 4 los subndices de la frmula anterior y obtenemos la relacinmnima entre nmeros enteros lo cual nos da la frmula mnima correcta

C4H9

Para conocer la frmula molecular es necesario conocer la masa molar dela frmula qumica real, la nica manera es experimentalmente. En este

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problema se sabe de forma emprica que 100 g de octano ocupan 21.56 L a30* y 1 atm, de la ecuacin de estado del gas ideal con estos datos puedescalcular la masa molar de la siguiente manera:

MM =mRT/PV

de esta manera MMOCTANO =115.24 g/mol, si la comparas con la masa mo-lar de la frmula mnima encontrars que

MMr e a l=2MM f.mn.

Esto implica que la frmula real o molecular es

en donde los subndices de la frmula mnima han sido multiplicados por 2. Esimportante que notes que con la ecuacin de estado de un gas puedes cono-cer diversas propiedades de l.

Finalmente, sustituyendo la frmula molecular en la reaccin y bal-anceando, la combustin completa del octano se representa como

2 C8H18 +25 O2 -> 16 CO2 +18 H2OProblema 26 (*)El ahumado es una tcnica utilizada en la conservacin de alimentosdebido a la accin secante y bactericida del humo. Uno de loscomponentes del humo es el formaldehdo (CH2O), que se sospecha escarcingeno. Cul es la presin parcial de 1.2 g de formaldehdo, queestn contenidos en 45 L de humo a temperatura y presin estndar?

Solucin

Uno de los conceptos ms importantes en el tema de gases es la presin par-cial de un gas en una mezcla y este problema evala la comprensin de esteconcepto. El humo es una mezcla de gases y uno de sus componentes es el

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Gases

formaldehdo, sabemos que esta mezcla ocupa 4.5 L a 273.15 K y 1 atm depresin, por tanto, su nmero de moles es:

nM e z c l a=PV/RT =0.20 molSlo una fraccin de estas moles es formaldehdo, y slo con esta frac-

cin contribuir el formaldehdo a la presin total, esto es:

P =Y Pr formaldehdo ^Mbrmaldehdo r Mezcla

donde Pformaidehdo e s l a presin parcial, Xformaldehdo es la fraccin mol yPMezciaes l a presin total. La fraccin mol la podemos conocer por:

Xformaldehdo =nformaldehdo ' nMezcla

Como de formaldehdo en la mezcla hay 1.2 g y su masa molar es 30g/mol el nformaldehdo =0.04 mol, por lo que:

Xformaldehdo = 0 . 2

La presin total de la mezcla es 1 atm y la presin parcial del formalde-hdo puede calcularse como:

^formaldehdo =^formaldehdo * Mezcla

formaidehdo =0-2Quiere decir, entonces, que el formaldehdo contribuye a la presin total,

que es 1 atm, con 0.2 atm y los dems gases con 0.8 atm.

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TERMODINMICAOBJETIVOS

n Diferenciar los conceptos de trabajo y calor.a Manejar y comprender la Primera Ley de la Termodinmica.n Visualizar la Ley de la Conservacin de la Energa y comprender

su importancia.n Estudiar los mecanismos de conservacin de la energa.n Calcular los cambios de Entalpia en diferentes sistemas.n Calcular las Entalpias Estndar de Reaccin.B Comprender la importancia de tener Funciones de Estado.n Manejar y comprender la Segunda Ley de la Termodinmica.n Determinar la espontaneidad de las procesos.n Realizar clculos de Entropa.n Realizar clculos de Energa Libre.n Calcular constantes de equilibrio.a Determinar la importancia de la termodinmica para los procesos de la vida.

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Problema 1 (*)

Las caractersticas que distinguen a los mamferos de los dems animalesson la presencia de pelo, glndulas mamarias y sudorparas, y la diferen-ciacin de dientes en incisivos, caninos y molares. La cubierta de pelo lessirve como aislante y auxiliar en la termorregulacion. Calcular el trabajo encaloras que realizan los siguientes mamferos: a) un elefante cuya masa esde 5 toneladas, levanta una masa de 310 kg hasta una altura de 310 m, b)una mujer con una masa de 50 kg baja a un nio de 15 kg de masa desde unaaltura de 3 m Puede una persona de 80 kg de masa levantar una masa de310 kg?

Respuesta:

a) 2.25 x 105 cal; b) 105.4 cal

Problema 2 (*)

El agua se desplaza de los mares a la tierra por evaporacin y precipitacin,regresando despus en forma de corrientes, ros y lagos. Cuando recorre esteciclo entra en estrecho contacto con la atmsfera, las rocas, los minerales ylas sales de la litosfera y como resultado de los procesos de disolucin, seconvierte en una solucin que contienen iones y molculas. Suponer unvolumen de 100 mL de agua que estn en el Polo Norte, donde la tempera-tura es de 0T! y la presin de 1 atm. Las corrientes marinas llevan dichovolumen hasta las costas de Veracruz, donde la temperatura es de 3 0 ^ y lapresin 1 atm. Ah el agua se evapora y en forma de nube llega hasta la ci-udad de Mxico que tiene una presin de 586 mmHg y una temperatura de

. Calcular el calor en caloras del Polo Norte a Veracruz.

Respuesta:

Q =3 000 cal (Polo a Veracruz)

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Tennodinmica

Problema 3 (**)

Las reacciones qumicas de las clulas, necesarias para el crecimiento, lareparacin y la reproduccin, se denominan colectivamente metabolismo.Las actividades metablicas de clulas animales, vegetales y bacterianas sonextraordinariamente similares a pesar de las diferencias en el aspecto deestos organismos. Uno de los principales ciclos del metabolismo es el lla-mado ciclo del cido ctrico, donde una molcula de dos carbonos (la acetil-coenzima A) se combina con una molcula de cuatro carbonos (el cidooxaloactico), para dar un producto de seis carbonos (el cido ctrico). El ci-clo del cido ctrico es la va final comn por la cual se metabolizan las ca-denas de carbono de carbohidratos, cidos grasos y aminocidos. Si se sabeque el AH de combustin del cido ctrico slido es de -1986 kJ/mol, calcu-lar el calor liberado cuando se queman totalmente 10 g de cido ctricoslido a 298 K manteniendo: a) la presin constante y b) el volumen con-stante. La frmula de cido ctrico es C6H8O7.

Respuesta:

a) Q =-103.47 kJ; b) Q =-107.41 kJ

Problema 4 (*)

Los azcares dobles, conocidos como disacridos, tienen la frmula generalC12H22On y estn formados por dos azcares simples que al unirse cedenuna molcula de agua. La maltosa o azcar de malta, est formada por dosmolculas de glucosa y es transformada en sta por el hgado, como todoslos carbohidratos que ingerimos. Calcular el cambio de entalpia estndar queacompaa a la conversin de 18 g de maltosa en glucosa a una temperatura de293 K y 1 atm de presin, sabiendo que las entalpias de combustin son -2816 y-5648 kJ/mol para la glucosa y la maltosa respectivamente.

Respuesta:

AH =-0.842 kJ

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Problema 5 (*)

El ciclo del nitrgeno es el segundo ciclo elemental ms importante de lanaturaleza. Las reacciones de ste se producen en el aire, en la tierra y en elagua, donde el nitrgeno es convertido por una variedad de procesos bio-qumicos en sustancias utilizables para producir componentes de cidos nu-cleicos y otros compuestos nitrogenados. Las bacterias del nitrato(Nitrobacter) participan en este ciclo oxidando los nitritos para formar ni-tratos. De esta oxidacin obtienen toda la energa para su crecimiento. Cal-cular el AG para la reaccin de oxidacin

NO2" (ac) +O2(g) - NO3" (ac)

sabiendo que el AGf para una disolucin acuosa de NO2" es -34.5 kJ/mol ypara NO3" es de -110.5 kJ/mol.

Respuesta:

AG=-76kJ/mol

Problema 6 (*)

Las protenas estn formadas por largas cadenas de aminocidos. stos seoxidan a travs de reacciones en las cuales se pierde primero el grupo aminoy por esto el proceso se conoce como desaminacin. Despus, la cadena decarbono se metaboliza y termina entrando al ciclo de Krebs. El aminocidoL-alanina produce por desaminacin cido pirvico que despus se trans-forma en piruvato. Calcula el AG a pH =7 para la reaccin:

L-alanina + O

problemas de fisicoquimica general

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