Fluidos: Densidad y Presión

Física y Óptica

• Los fluidos se adaptan al recipiente y son líquidos o gases
• La atracción intermolecular en fluidos es más débil que en sólidos

Fluidos en Reposo

• La mecánica de fluidos estudia los fluidos en reposo
• Las propiedades importantes son la densidad, la presión, la presión atmosférica y el principio de Pascal

Densidad

• La densidad es la relación entre la masa de un cuerpo y su volumen
• Se calcula con la fórmula: ρ = m/v, donde ρ es la densidad (kg/m³), m es la masa (kg) y V es el volumen (m³)
• Objetos con diferente volumen pero igual masa tienen diferente densidad
• La densidad determina la capacidad de flotación
• Los objetos menos densos que el agua flotan; por ejemplo, el corcho o el aceite

Presión

• La presión es la fuerza perpendicular sobre un área dada
• Los fluidos se adaptan a los recipientes, causando choques en la superficie interna
• A mayor densidad o volumen, mayor presión
• La fórmula es P = F/A, donde P es la presión (en Pascales), F es la fuerza (en Newtons) y A es el área (m²)

Presión Atmosférica

• El aire que rodea la tierra ejerce presión debido al peso de los gases atmosféricos
• La presión atmosférica es uniforme en un objeto y inversamente proporcional a la altitud
• A mayor altitud, menor densidad de gases y menor presión atmosférica

Principio de Pascal

• La presión ejercida en un fluido se transmite con igual intensidad en todas direcciones
• Aplica presión en un punto del fluido, aumentando la fuerza
• Una prensa hidráulica utiliza este principio para transferir y amplificar la fuerza mediante cilindros comunicados de diferente sección transversal

Principio de Arquímedes

• Un cuerpo sumergido experimenta una fuerza de empuje igual al peso del fluido desplazado
• Fuerza de empuje = peso del fluido desplazado
• La flotación de un objeto ocurre cuando la fuerza de empuje equilibra su peso
• La fórmula: FE = ρ * V * g, donde FE es la fuerza de empuje, ρ es la densidad del fluido, V es el volumen desplazado del fluido y g es la gravedad

Presión Hidrostática

• En un líquido, la presión se ejerce en todas direcciones con igual intensidad
• La presión aumenta con la profundidad debido al peso del líquido superior
• La fórmula es: P = ρ * h * g, donde P es la presión, ρ es la densidad del fluido, h es la profundidad y g es la gravedad
• La presión se mide comúnmente en atmósferas (atm) o Pascales (Pa)

Tensión Superficial y Capilaridad

• La tensión superficial es una característica de los líquidos debido a los enlaces de hidrógeno, creando una membrana elástica
• El agua presenta tensión superficial
• La capilaridad es la capacidad de un líquido de subir en los bordes de un recipiente

Fluidos en Movimiento

• La hidrodinámica estudia los fluidos en movimiento
• El tiempo para llenar un volumen específico depende del volumen, la velocidad, y el tiempo
• La relación para hallar el volumen es: V = A * v * t, donde V es el volumen del fluido, A es el área de la sección transversal del tubo, v es la velocidad, y t es el tiempo
• El gasto (G) es la cantidad de líquido que fluye por unidad de tiempo y se calcula con la fórmula: G = V/t = A * v, con A = área de la sección transversal y v = la velocidad

Ecuación de Continuidad

• En sistemas hidráulicos, el gasto se mantiene constante aunque cambie la sección transversal del tubo
• La ecuación de continuidad establece que A1 * v1 = A2 * v2, quiere decir que el flujo se mantendrá constante, aumentando la velocidad de forma proporcional

Ecuación de Bernoulli

• Describe el flujo estacionario sin cambios en velocidad, presión o densidad
• La suma de la energía cinética, potencial y de presión es constante en dos puntos del sistema (A y B)
• Eca + EPA + Epresión A= ECB+ EpB+ Epresión B:
  • ECA = Energía cinética en el punto A
  • EPA = Energía potencial en el punto A
  • Epresión A = Energía de la presión en el punto A
  • ECB = Energía cinética en el punto B
  • EPB = Energía potencial en el punto B
  • Epresión B = Energía de la presión en el punto B

Viscosidad

• La viscosidad es la resistencia interna de un líquido a fluir
• La viscosidad depende de la temperatura

Química y Enlaces

Regla del Octeto de Lewis

• Los gases nobles son los únicos elementos que se encuentran como átomos sencillos en la naturaleza
• Los demás elementos se encuentran asociados en moléculas a través de los electrones de valencia
• La valencia es la capacidad de un elemento de formar moléculas al ganar o perder electrones en la capa de valencia para tener 8 electrones (s2, p6)
• El átomo de yodo tiene 7 electrones de valencia y su valencia se expresa como -1.
• Existen excepciones a la Regla del Octeto de Lewis. Elementos que no cumplen con los 8 electrones de valencia en algunos compuestos: boro, carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor, fósforo y azufre

Configuración Electrónica

• Describe la distribución de los electrones en los diferentes niveles de energía de un átomo
• Determina las propiedades de combinación química y la posición en la tabla periódica
• El llenado se produce en orden creciente de energía
• Existen 7 niveles de energía
• Cada nivel tiene hasta 4 subniveles de energía s, p, d y f
• Recordar que:
  • El nivel 1 puede contener hasta 2 electrones
  • El nivel 2 puede contener hasta 8 electrones
  • El nivel 3 puede contener hasta 18 electrones
  • El nivel 4 puede contener hasta 32 electrones
  • El subnivel s aloja un máximo de 2 electrones
  • El subnivel p aloja un máximo de 6 electrones
  • El subnivel d aloja un máximo de 10 electrones
  • El subnivel f aloja un máximo de 14 electrones

Diagrama de Moeller

• Se utiliza para recordar el orden de llenado de los orbitales atómicos

Configuración del Manganeso

• Para escribir la configuración electrónica de un elemento (ej., Manganeso)
• Lo primero Número Atómico (Z = 25)
• Al tratarse de un átomo neutro, la cantidad de protones será igual a la cantidad de electrones
• El siguiente paso será ubicar la totalidad de los electrones en los orbitales Enribir la configuración electrónica (CE) del Mn de la siguiente manera: 1 - s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 = 25 e

Configuración del Carbono

• Elemento (C), tiene un número atómico (Z) de 6
• Al tratarse de un átomo neutro la cantidad de electrones es 6
• Escribir la configuración electrónica (CE) del Carbono: 1s2 2s2 2p2 = 6e

Configuración del Estroncio

• El Estroncio tiene un número atómico (Z) de 38
• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 = 38 e

Principio de Pauli

• Describe el giro del espín

Numeros Cuánticos

• Teniendo en consideración el diagrama para kriptón y la información de números cuánticos, Número Represent Valores cuántico ación posibles

                                        Principal          𝑛          1,2,3,4,5,6,7
  
                                                                         Bloque s = 0
                                                                         Bloque p = 1
                                     Secundario         𝑙             Bloque d = 2
                                                                         Bloque f = 14
                                Magnético       𝑚          Desde−𝑙 hasta
                                (orbitales)                               𝑙
  
                                   Spin             𝑠            1   1
                                                               +   ;−
                                                               2   2
  

dado que el nivel energético más alto (período) es 5, n = 5. Termina en el bloque s, entonces, l = 0. El último electrón llega a p (-1, 0, 1) y se encuentra en el tercero, p=1. Espín hacia arriba =1/2 ; espín hacia abajo =-1/2.

Tabla Periódica

• La siguiente tabla ilustrará las formas de clasificación
• La Tabla Periódica de los Elementos tiene 7 filas horizontales (niveles de energía)
• 18 columnas verticales que corresponden a las configuraciones electrónicas siguientes: s1 s2 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6

Elementos y Bloques

• Los elementos se pueden clasificar por Bloques, según los electrones en su último nivel y subnivel. . Ubicar los diferentes elementos en la Tabla Periódica depende del número de electrones en el último nivel. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 = Mn
• último nivel de energía es 4 y la cantidad de electrones en el último subnivel "d" es 5 la configuración electrónica se refiere al elemento

Propiedades Periódicas

• Electronegatividad: Manifiesta su capacidad para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico.
• Afinidad electrónica: Electrónico y como consecuencia forma un anión.
• Energía de ionización: Retirar un electrón de un átomo gaseoso en su estado fundamental.
• Radio atómico: Longitud entre los núcleos de dos moléculas vecinas.

Tipos de Enlaces

• Los átomos están unidos mediante fuerzas intramoleculares:
  • enlaces iónico -covalente
  • metálico generan las propiedades químicas de las sustancias
• fuerzas intermoleculares:
  • inducción entre moléculas e iones
  • la atracción entre
  • las físicas de las sustancias
  • la agregación
• Un enlace es la atracción electrostática que mantiene unidos a los átomos en las moléculas. Enlace, los que no cumplen son inestables.
• Un átomo estable contiene 8 electrones en su última órbita (Regla del Octeto de Lewis). tienen una gran propensión a convertirse en estables, ya sea desprendiéndose de electrones o bien absorbiendo del exterior electrones libres hasta completar la última órbita; en cada caso realizaran lo que menos energía suponga.

Tipo de Enlace y Componentes

• Iónico
  • Componentes: Metal + No metal
  • Electronegatividad: ∆𝐸 > 1.7 Propiedades: -sólidos cristalinos estables a temperatura ambiente -elevado punto de fusión -buenos conductores de la electricidad

Tipo de Enlace (covalente)

• Tipos(en covalente)

• Covalente no polar : No metal + No metal

  -Electronegatividad :0.4 < ∆𝐸 < 1.7 - estado sólido, gaseoso o líquido y -estructuras moleculares independientes

• Covalente polar : No metal + No metal

Electronegatividad ∆𝐸 < 0.4 - En general son malos conductores eléctricos - *H2O (Polar) - H2 (No polar)

• Metálico - Componentes : Metal + Metal - Electronegatividad No considerado -sólidos metálicos estables a temperatura ambiente -elevado punto de fusión -buenos conductores de la electricidad

Enlace Coovalente

• Un enlace covalente es un tipo de enlace químico que se forma cuando los átomos comparten pares de electrones para alcanzar una configuración electrónica más estable