FQ GUÍA DE ESTUDIO 3

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FISICOQUIMICA 
GUIA DE ESTUDIO III 
BIBLIOGRAFIA: 
- Química Física, Atkins- de Paula, 8º Edición. Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires, 2008 
-Guía de Trabajos Prácticos de Fisicoquímica 2021. 
 
 
Energía libre de Helmholtz y de Gibbs. Cambio de fase de sustancias puras. Potencial químico. 
Preguntas teóricas 
 
3.1) Defina las funciones entropía, energía libre de Helmholtz (A) y energía libre de Gibbs (G). Especifique 
cual/es pueden ser usadas como criterios de espontaneidad y bajo qué condiciones. ¿Qué función resulta más 
conveniente usar en farmacia y bioquímica? ¿Por qué? 
 
3.2) La energía libre de Helmholtz es igual al trabajo máximo, i) ¿a qué forma/s de trabajo se refiere? ii) Deduzca 
la expresión matemática correspondiente a partir de la definición de A. 
 
3.3) La energía libre de Helmholtz (A) puede ser considerada trabajo máximo. Indique bajo qué condiciones se 
aplica esta consideración y analice, utilizando esquemas y ecuaciones, porque dicho trabajo puede ser menor o 
mayor que la variación de la energía interna del sistema. 
 
3.4) La energía libre de Gibbs es igual al trabajo máximo no expansivo o trabajo extra (we), i) ¿a qué forma/s de 
trabajo se refiere? ii) Deduzca la expresión matemática correspondiente a partir de la definición de G. 
 
3.5) En la tabla de datos de funciones termodinámicas a 298K aparecen los siguientes datos de entropía molar a 
298 K: 
Al(s)= 28,3 J.K-1.mol -1 Al(l)= 39,6 J.K-1mol -1 Al(g) = 164 J.K-1.mol -1 Al3+(aq) = -322 J.K.mol -1 
Explique i) las diferencias entre los valores absolutos de la entropía del aluminio en sus distintos estados físicos, 
ii) porqué ninguno de los valores es 0 y iii) porqué uno de los valores es negativo. 
 
3.6) En la tabla de datos de funciones termodinámicas a 298K aparecen los siguientes datos de entropía molar a 
298 K: H2O(s)= 38 J.K-1.mol -1 H2O (l)= 70 J.K-1.mol -1 H2O (g) = 189 J.K-1.mol -1 
i) Explique las diferencias entre los valores absolutos de la entropía del H2O en sus distintos estados físicos, ii) 
explique porqué ninguno de los valores es cero, iii) explique porqué ninguno de los valores es negativo, iii) 
calcule la variación de entropía de fusión y ebullición y explique la Regla de Trouton. 
 
3.7) A partir de la expresión del Primer Principio de la Termodinámica, deduzca la ecuación que combina este 
principio con el Segundo Principio para obtener las variables naturales de U. Discuta la validez de la ecuación 
obtenida, indique las condiciones usadas para obtenerla, y a partir de ella defina termodinámicamente T y P. 
 
3.8) A partir de la definición de G deduzca la ecuación que indica sus variables naturales. Discuta la validez de la 
ecuación obtenida, indique las condiciones usadas para obtenerla, y a partir de ella explique cómo varía G con la 
temperatura para gases, líquidos y sólidos. Explique el significado termodinámico de la pendiente del gráfico G vs 
T y comente las diferencias entre los valores de dichas pendientes. 
 
3.9) Para un sistema cerrado un cambio infinitesimal reversible de G, durante el que no se realiza trabajo extra 
(we), es descripto por la expresión: dG = VdP – SdT. A partir de esta ecuación, i) grafique y comente el efecto de 
la presión sobre G (a T constante) para gases, líquidos y sólidos y comente el significado y las diferencias entre 
las pendientes, ii) grafique y comente el efecto de la temperatura sobre G (a P constante) para gases, líquidos y 
sólidos y comente el significado y las diferencias entre las pendientes. 
 
3.10). Explique el concepto de fase y de transición de fases. Analice el criterio termodinámico de equilibrio de 
fases y explique porqué se produce una transición de fase. 
 
3.11). Esquematice un diagrama de potencial químico () en función de la temperatura a una P fija, para una 
sustancia pura desde 0 K hasta una T superior a su temperatura de ebullición. i) Seleccione un valor de 
temperatura, indique cuál es la fase más estable a dicha temperatura y justifique. ii) Analice el significado de los 
puntos de intersección entre las rectas. 
 
3.12). Esquematice un diagrama de potencial químico () en función de la temperatura a una P fija para una 
sustancia pura desde 0 K hasta una T superior a su temperatura de ebullición. Analice el significado de la 
pendiente de cada recta y relacione esa información con la interpretación molecular de la entropía. 
 
3.13). Esquematice un diagrama de potencial químico () en función de la temperatura a una P fija para una 
sustancia pura desde 0K hasta una T superior a su temperatura de fusión. i) Analice el efecto de un aumento de la 
presión sobre la temperatura de fusión. ii) Explique porqué el agua constituye una excepción. 
 
3.14). Deduzca la ecuación de Clapeyron (dP/dT= trsS/trsV) partiendo del criterio termodinámico de equilibrio 
entre las fases a y b. ¿Cuál es la utilidad de esta ecuación? 
 
3.15). Utilizando la ecuación de Clapeyron (dP/dT= trsS/trsV) analice el límite de fase sólido-líquido en un 
diagrama de fases. ¿Cómo será la pendiente dP/dT? ¿En qué caso se invierte el signo? 
 
3.16). Utilizando la ecuación de Clapeyron (dP/dT= trsS/trsV) analice el límite de fase líquido-vapor en un 
diagrama de fases. ¿Cómo será la pendiente dP/dT? ¿Cómo es la dependencia de la T de ebullición con la presión 
con respecto a la T de fusión? 
 
3.17). Utilizando la ecuación de Clapeyron (dP/dT= trsS/trsV) analice el límite de fase sólido-vapor en un 
diagrama de fases. ¿Cómo será la pendiente dP/dT? Analice el valor de la pendiente en este caso con respecto a la 
pendiente para el límite de fase líquido-vapor. 
 
3.18). Esquematice un diagrama de fases (P vs T) para el comportamiento mas común para una sustancia pura 
que incluya las fases sólido, líquido y gas. i) Indique en dicho diagrama el punto triple y el punto crítico y 
explique el significado de cada uno de ellos; ii) ¿Qué indican las líneas presentes en el diagrama?¿Cómo será el 
potencial químico de cada fase en esa condición de P y T? 
 
3.19). Enuncie y explique la regla de las fases. Explique el concepto de fase, componente y varianza. Para una 
sustancia pura el valor de F (varianza) es 2 para cada fase, 1 en los límites de fase y 0 en el punto triple. Explique 
qué significan esos valores. 
 
3.20). Deduzca la ecuación de Clasius-Clapeyron, ln p2/p1 = vapH/R (1/T1-1/T2), a partir de la ecuación de 
Clapeyron, dP/dT= trsS/trsV). Explique el efecto de P sobre el punto de ebullición. Comente brevemente la 
utilidad de esta ecuación. 
 
3.21). Explique el fundamento termodinámico del funcionamiento de una olla a presión. Indique en un diagrama 
de fases P vs T, los cambios de P y/o T que ocurren durante su uso. 
 
3.22). Qué son los fluidos supercríticos y los cristales líquidos? Indique cuáles son sus características y discuta sus 
aplicaciones. 
 
Problemas numéricos 
 
3. 23). Se oxida un mol de glucosa a temperatura constante (25ºC) y volumen constante. 
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)→ 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) 
Sabiendo que rUº=-2808 kJ.mol-1 y rSº= 182 J.K-1.mol -1 
¿Qué parte de la energía se puede extraer: a) como calor a P constante y b) como trabajo? 
Rta: a) 2808 kJ.mol-1 b) -2862 kJ.mol-1 
 
3.24). ¿Cuánta energía se encuentra disponible para mantener la actividad muscular y nerviosa a partir de la 
combustión de 1 mol glucosa a 37ºC, a P=cte? 
C6H12O6 (s) + 6 O2(g) → 6CO2(g) + 6 H2O(l) 
Sabiendo que rUº=-2808 kJ.mol-1; rSº=+182.4 J.K-1.mol -1 
Rta: -2865- kJ mol-1 
 
 
 
3.25). Aplicando la ecuación de Clapeyron al límite entre las fases líquido-gas se llega a la ecuación de Clausius-
Clapeyron , ln p2/p1 = vapH/R (1/T1-1/T2). Sabiendo que el funcionamiento del autoclave se fundamenta en este 
efecto calcule que temperatura se alcanza en la cámara del autoclave si el indicador de presiónindica 212 kPa. 
Datos: vapH = 40700 J mol-1; p = 101 kPa; y T= 373K.