[FQ] Levine Fisicoquímica Vol. 1 5ta Ed. - baixardoc

Quinta Edición

FISICOQUÍMICAV o l u m e n 1

FISICOQUÍMICAQUINTA EDICIÓN

Volumen 1

FISICOQUÍMICAQUINTA EDICIÓN

Volumen 1

IRA N. LEVINEC h e m is try D e p a rtm e n t

B roo kíyn C o lle g e C ity U n iv e rs ity o f N e w Y o rk

B roo kíyn , N e w Y o rk

Trad u cc ió nÁNGEL GONZÁLEZ UREÑA

C on la c o la b o ra c ió n d eA n t o n io Rey G a y o

Jo s é M a r ía O r e a Ro c h a C a r l o s M e n d u iñ a Fe r n á n d e z

Jo r g e O . C á c e r e s A n d r é s G u e r r e r o M a r t ín e z

U n id a d d e Láseres y H aces M o le cu la re s Institu to P lu r id is c ip lin a r

U n iv e rs id a d C om p lu ten se d e M a d r idy

D e p a rta m e n to d e Q u ím ic a Física I F a cu ltad d e C ie n c ia s Q u ím ic a s

U n iv e rs id a d C om p lu ten se d e M a d r id

M e

MADRID • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MÉXICO NUEVA YORK • PANAMÁ • SAN JUAN • SANTAFÉ DE BOGOTÁ • SANTIAGO • SÂO PAULO

A U C K L A N D • H A M B U R G O • L O N D R E S • M IL Á N • M O N T R E A L • N U E V A D E L H I • P A R ÍS S A N F R A N C IS C O • S ID N E Y • S IN G A P U R • S T . L O U IS • T O K IO • T O R O N T O

FISICOQUÍMICA. Quinta edición. Volumen 1

No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento infor­mático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.

DERECHOS RESERVADOS © 2004, respecto a la quinta edición en español, por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S. A. U.Edificio Valrealty, 1.a planta Basauri, 1728023 Aravaca (Madrid)

Traducido de la quinta edición en inglés de PHYSICAL CHEMISTRY

Copyright © 2002, by McGraw-Hill Companies, Inc. USA ISBN: 0-07-253495-8

ISBN: 84-481-3786-8 (Volumen 1)ISBN: 84-481-4005-2 (Obra completa)Depósito legal: M. 47.774-2003

Editora de la edición en español: Concepción Fernández MadridCubierta: Design Master DIMAEditora de mesa: Susana SantosAsistente editorial: Montse SanzPreimpresión: MonoComp, S. A.Impreso en Edigrafos, S. A.

IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN

A Ml MADRE Y A LA MEMORIA

DE MI PADRE

RESUMEN DEL CONTENIDO

Volum en 1

1. Termodinámica ................................................................................................ 12. Primera ley de la termodinámica .................................................................... 423. Segunda ley de la termodinámica .................................................................. 924. Equilibrio material ........................................................................................... 1285. Funciones termodinámicas normales de reacción ........................................ 1686. Equilibrio químico en mezclas de gases ideales .......................................... 2097. Equilibrio de fases en sistemas de un componente ..................................... 2458. Gases reales ...................................................................................................... 2789. Disoluciones ...................................................................................................... 302

10. Disoluciones no ideales ................................................................................... 34211. Equilibrio químico en sistemas no ideales ..................................................... 38912. Equilibrio de fases en sistemas multicomponentes ....................................... 41513. Química de superficies ..................................................................................... 467

Volum en 2 __________ _________ _______________________ _____________

14. Sistemas electroquímicos .................15. Teoría cinética de los gases ............16. Fenómenos de transporte .................17. Cinética química ...............................18. Mecánica cuántica .............................19. Estructura atómica .............................20. Estructura electrónica molecular . . .21. Espectroscopia y fotoquímica ..........22. Mecánica estadística .........................23. Teoría de las velocidades de reacción24. Sólidos y líquidos .............................

vi

CONTENIDOPrólogo ........................................................................................................................ xiii

Ayudas para el aprendizaje........................................................................................ xix

1 _TERMODINÁMICA.................................................................................................... i

1.1. Química física.................................................................................................... 11.2. Termodinámica.................................................................................................. 31.3. Temperatura....................................................................................................... 71.4. El m ol................................................................................................................. 91.5. Gases ideales...................................................................................................... 111.6. Cálculo diferencial............................................................................................ 201.7. Ecuaciones de estado........................................................................................ 261.8. Cálculo integral................................................................................................. 301.9. Sugerencias para el estudio............................................................................. 351.10. Resumen............................................................................................................. 36

2 ______PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.............................................................. 42

2.1. Mecánica clásica............................................................................................... 422.2. Trabajo P -V ........................................................................................................ 482.3. Calor................................................................................................................... 532.4. Primera ley de la termodinámica.................................................................... 542.5. Entalpia............................................................................................................... 602.6. Capacidades caloríficas.................................................................................... 612.7. Los experimentos de Joule y Joule-Thomson............................................... 642.8. Gases perfectos y primera ley ......................................................................... 672.9. Cálculo de magnitudes incluidas en la primera ley ..................................... 732.10. Funciones de estado e integrales de línea..................................................... 772.11. La naturaleza molecular de la energía interna............................................... 792.12. Cómo resolver problemas................................................................................ 832.13. Resumen............................................................................................................. 85

3CONTENIDO SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA 92

3.1. Segunda ley de la termodinámica.................................................................. 923.2. Máquinas térmicas............................................................................................ 943.3. Entropía.............................................................................................................. 1003.4. Cálculo de variaciones de entropía................................................................ 1033.5. Entropía, reversibilidad e irreversibilidad..................................................... 1093.6. La escala termodinámica de temperaturas.................................................... 1133.7. ¿Qué es la entropía?......................................................................................... 1143.8. Entropía, tiempo y cosmología....................................................................... 1213.9. Resumen............................................................................................................. 123

4

EQUILIBRIO MATERIAL.............................................................................................. 128

4.1. Equilibrio material.......................................................................................... 1284.2. Propiedades termodinámicas de sistemas fuera del equilibrio................... 1294.3. Entropía y equilibrio....................................................................................... 1304.4. Las funciones de Gibbs y de Helmholtz...................................................... 1334.5. Relaciones termodinámicas para un sistema en equilibrio........................ 1374.6. Cálculo de cambios en las funciones de estado......................................... 1474.7. Potenciales químicos y equilibrio material.................................................. 1504.8. Equilibrio de fases.......................................................................................... 1554.9. Equilibrio químico.......................................................................................... 1584.10. Entropía y v ida................................................................................................ 1624.11. Resumen........................................................................................................... 163

•M 3 ,_______________________________________________________FUNCIONES TERMODINÁMICAS NORMALES DE REACCIÓN 168

5.1. Estados normales de las sustancias puras.................................................... 1685.2. Entalpias normales de reacción..................................................................... 1695.3. Entalpia normal de formación....................................................................... 1715.4. Determinación de las entalpias normales de formación y de reacción . . . 1735.5. Dependencia de los calores de reacción con la temperatura....................... 1815.6. Uso de hojas de cálculo para obtener un ajuste polinómico....................... 1845.7. Entropías convencionales y la tercera le y .................................................... 1875.8. Energía de Gibbs normal de reacción......................................................... 1945.9. Tablas termodinámicas................................................................................... 1955.10. Estimación de las propiedades termodinámicas.......................................... 1985.11. La inaccesibilidad del cero absoluto............................................................ 2025.12. Resumen........................................................................................................... 203

6 ____EQUILIBRIO QUÍMICO EN MEZCLAS DE GASES IDEALES............................... 209

6.1. Potenciales químicos en una mezcla de gases ideales............................... 2106.2. Equilibrio químico entre gases ideales.......................................................... 2126.3. Dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura................... 219

6.4. Cálculos del equilibrio entre gases ideales................................................... 2246.5. Equilibrios simultáneos .................................................................................. 2306.6. Desplazamientos en los equilibrios químicos entre gases ideales 2346.7. Resumen............................................................................................................. 239

W M _______________________________________________________EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS DE UN COMPONENTE 245

7.1. La regla de las fases........................................................................................ 2467.2. Equilibrio de fases para sistemas de un componente.................................... 2517.3. La ecuación de Clapeyron............................................................................... 2567.4. Transiciones de fase sólido-sólido................................................................. 2657.5. Transiciones de fase de orden superior......................................................... 2697.6. Resumen............................................................................................................. 271

8

GASES REALES............................................................................................................ 278

8.1. Factores de compresibilidad........................................................................... 2788.2. Ecuaciones de estado de un gas rea l............................................................. 2798.3. Condensación..................................................................................................... 2828.4. Datos críticos y ecuaciones de estado........................................................... 2858.5. Cálculos en el equilibrio líquido-vapor ....................................................... 2888.6. El estado crítico................................................................................................ 2918.7. Ley de los estados correspondientes............................................................. 2928.8. Diferencias entre las propiedades termodinámicas del gas real y del gas

ideal................................................................................................................... 2948.9. Series de Taylor................................................................................................ 2958.10. Resumen............................................................................................. 297

¡ M I ______________________________________

DISOLUCIONES 302

9.1. Composición de la disolución........................................................... 3029.2. Magnitudes molares parciales......................................................................... 3049.3. Magnitudes de m ezcla..................................................................................... 3129.4. Determinación de magnitudes molares parciales.......................................... 3149.5. Disoluciones ideales......................................................................................... 3199.6. Propiedades termodinámicas de las disoluciones ideales............................. 3229.7. Disoluciones diluidas ideales......................................................................... 3279.8. Propiedades termodinámicas de las disoluciones diluidas ideales 3289.9. Resumen............................................................................................................. 334

10_________________________________________________________DISOLUCIONES NO IDEALES................................................................................. 342

10.1. Actividades y coeficientes de actividad..................................................... 34210.2. Funciones de exceso..................................................................................... 346

¡XCONTENIDO