FQ-Engel

Problemas 437
Cuestiones sobre conceptos
C17.1 ¿Cuál es la relación general entre el gradiente espacial
de una propiedad del sistema y el flujo de esa propiedad?
C17.2 ¿Cuál es la expresión para el coeficiente de difusión,
D, en términos de los parámetros de la teoría cinética de
gases? ¿Cómo se espera que varíe D con un aumento de la
masa molecular o la sección eficaz de colisión?
C17.3 Las partículas están confinadas en un plano y se les
permite que se difundan. ¿Cómo varía la densidad en número
con la distancia al plano inicial?
C17.4 ¿Cómo varía la raíz cuadrada media de la distancia
de difusión con el coeficiente de difusión? ¿Cómo varía esta
cantidad con el tiempo?
C17.5 ¿Cuál es la expresión de la conductividad térmica en
términos de los parámetros de las partículas deducidas a partir
de la teoría cinética de gases?
C17.6 ¿Por qué se espera que la conductividad térmica de
un gas ideal sea independiente de la presión? ¿Por qué la
conductividad térmica de un gas ideal aumenta con T 1/2 ?
C17.7 Al describir la viscosidad, ¿qué cantidad del sistema
se transporta? ¿Cuál es la expresión de la viscosidad en
términos de los parámetros de las partículas deducida de la
teoría cinética de gases?
C17.8 ¿Qué observable se usa para medir la viscosidad de
un gas o un líquido?
C17.9 ¿Qué es el movimiento browniano?
C17.10 En la Ecuación de Stokes-Einstein que describe la
difusión de partículas para partículas esféricas, ¿cómo
depende el coeficiente de difusión de la viscosidad del fluido
y el tamaño de partículas?
C17.11 ¿Cuál es la diferencia entre un electrolito fuerte y
uno débil?
C17.12 De acuerdo con la ley de Kohlrausch, ¿cómo
cambia la conductividad molar de un electrolito fuerte con la
concentración?
Problemas
P17.1 El coeficiente de difusión del CO 2
a 273 K y 1 atm es
1.00 × 10 −5 m 2 s −1 . Estime la sección eficaz de colisión del
CO 2
dado este coeficiente de difusión.
P17.2
a. El coeficiente de difusión del Xe a 273 K y 1 atm es
0.5 × 10 −5 m 2 s −1 . ¿Cuál es la sección eficaz de colisión
del Xe?
b. El coeficiente de difusión de N 2
es tres veces mayor que el
de Xe en las mismas condiciones de presión y temperatura.
¿Cuál es la sección eficaz de colisión de N 2
?
P17.3
a. El coeficiente de difusión de la sacarosa en agua a 298 K
es 0.522 10 −9 m 2 s −1 . Determine el tiempo que en promedio
invertirá una molécula de sacarosa para difundirse a una
distancia rms de 1 mm.
b. Si el diámetro molecular de la sacarosa se toma como 0.8
nm, ¿cuál es el tiempo de un paso de paseo al azar?
P17.4
a. El coeficiente de difusión de la proteína lisozima (P.m. =
14.1 kg/mol) es 0.104 × 10 −5 cm 2 s −1 . ¿Cuánto tardará esta
proteína en difundirse a una distanica rms de 1 mm?
Modele la difusión como un proceso tridimensional.
b. Usted va a llevar a cabo un experimento de microscopía
en el que controlará la fluorescencia de una molécula de
lisozima. La resolución espacial del microscopio es 1 mm.
Intente controlar la difusión usando una cámara que es
capaz de dar una imagen cada 60 s. ¿Es suficiente la
velocidad de la cámara para detectar la difusión de una
proteína lisozima a una longitud de 1 mm?
c. Suponga que en el experimento de microscopía del
apartado (b) usted usa una fina capa de agua, de forma que
la difusión está restringida a dos dimensiones. ¿Cuánto
tardará una proteína en difundirse una distancia rms de
1 mm en estas condiciones?
P17.5 Una disolución consta de 1 g de sacarosa en 10 mL
de agua que se vierte en un cilindro graduado de 1 L con un
radio de 2.5 cm. Entonces se llena el cilindro con agua pura.
a. La difusión de sacarosa se puede considerar difusión en
una dimensión. Deducir una expresión para la distancia
media de difusión, x pro
.
b. Determine x pro
y x rms
para la sacarosa en periodos de
tiempo de1 s, 1 min y 1 h.
P17.6 Una ventana de termovidrio consta de dos hojas
de cristal separadas por un volumen relleno de aire (que
modelamos como N 2
donde k = 0.0240 J K −1 m −1 s −1 ). Para
una ventana de termovidrio que tiene 1 m 2 de área con una
separación entre las hojas de cristal de 3 cm, ¿cuál es la
pérdida de energía cuando:
a. el exterior de la ventana está a una temperatura de 10°C y
el interior de la ventana está a una temperatura de 22°C?
b. el exterior de la ventana está a una temperatura de 20°C
y el interior de la ventana está a una temperatura de 22°C?
c. se usa la misma temperatura diferencial de la parte (b)
pero la ventana está llena de Ar ( k = 0.0163 J K −1 m −1 s −1 )
en lugar de N 2
?