Transformaciones Fsicas, Qumicas y Nucleares

Transformaciones Fsicas, Qumicas y Nucleares3 Practico Fsica II

Docente: Das, Hugo.Alumnos:lvarez, Martn.Chacn, Gimena.Maza, Vernica.Quintana, Matas.

ISFD N11916/07/2014

Transformaciones FsicasChoque y elasticidadEl choque en fsica se define como la colisin entre dos o ms cuerpos, o el impacto de dos o ms partculas de las cuales al menos una se encuentra en movimiento. Un choque fsico o mecnico es percibido por una repentina aceleracin o desaceleracin causada normalmente por un impacto. Cualquier tipo de contacto directo entre dos cuerpos provoca un choque, lo que mayormente lo caracteriza es la duracin del contacto que, generalmente, es muy corta y es entonces cuando se transmite la mayor cantidad de energa entre los cuerpos, por lo que el movimiento de las partculas o cuerpos que chocan cambia bruscamente. (Ej: los autitos chocadores).ColisionesEn una colisin intervienen dos objetos que ejercen fuerzas mutuamente. Cuando los objetos estn muy cerca entre s o entran en contacto, interaccionan fuertemente durante un breve intervalo de tiempo. Las fuerzas de ste tipo reciben el nombre de fuerzas impulsivas y se caracterizan por su accin intensa y breve. Un caso de este tipo de interaccin, por ejemplo, es la colisin de dos carros que lleven montados parachoques magnticos. Estos interactan incluso sin llegar a tocarse, es lo que se considera colisin sin contacto.Las fuerzas que se ejercen mutuamente son iguales y de sentido contrario. Si el choque es elstico se conservan tanto el momento lineal como la energa cintica del sistema, y no hay intercambio de masa entre los cuerpos, que se separan despus del choque. Si el choque es inelstico la energa cintica no se conserva y, como consecuencia, los cuerpos que colisionan pueden sufrir deformaciones y aumento de su temperatura.En las colisiones inelsticas se conserva el momento, pero uno no puede rastrear la energa cintica en la colisin, ya que parte de ella se convierte en otras formas de energa. Las colisiones perfectamente elsticas se conserva la energa cintica, un ejemplo se da en los gases ideales, contenidos en un recipiente. Esto se puede comprobar mediante la tercera Ley de Newton: 3) Principio de Accin y Reaccin: Si un cuerpo acta sobre otro con una fuerza (accin), ste reacciona contra aqul con otra fuerza de igual valor y direccin, pero de sentido contrario (reaccin).Efectos de choqueLa mecnica de choque tiene el potencial de daar, deformar, etc:

Caractersticas en los choques Los dos cuerpos pueden desintegrarse en pedazos Puede haber una transferencia de masa Las dos masas se pueden unir para formar una sola Las masas pueden permanecer invariables. Aun en este caso hay diversas posibilidades. Los cuerpos pueden permanecer completamente inalterados, como cuando chocan dos bolas de billar, o bien se pueden deformar, como cuando chocan dos automviles. Un cuerpo frgil se puede fracturar. Por ejemplo, dos copas de cristal pueden romperse en caso de colisin una contra la otra. Una cizalla en un motor est diseada para la fractura con cierta magnitud de choque. Un objeto dctil se puede doblar por una conmocin (deformar). Por ejemplo, una jarra de cobre se puede curvar cuando cae en el suelo. Algunos objetos no se daan por un nico choque, pero si se produce fatiga en el material con numerosas repeticiones de choques de bajo nivel. Un efecto de choque puede resultar slo daos menores, que pueden no ser crticos para su uso. Sin embargo, daos menores acumulados de varios efectos de choques, eventualmente resultarn en que el objeto sea inutilizable. Un choque puede no producir dao aparente de inmediato, pero podra reducir la vida til del producto: la fiabilidad se reduce. Algunos materiales como los explosivos se pueden detonar con mecnicas de choque o impacto.Tipos de choquesEn los choque se produce un intercambio de energa entre las partculas, que se emplea para modificar el movimiento de las mismas. Por este motivo, resulta muy importante analizar como varia la energa cintica de las partculas que chocan. Teniendo en cuenta la variacin de energa cintica que se produce, los choques se clasifican en elsticos e inelsticos. En los choque elsticos, las partculas que colisionan nicamente se deforman durante el tiempo que dura la interaccin. Por el contrario, se dice que un choque es inelstico cuando la energa cintica del sistema no se conserva y una parte de ella se pierde en forma de calor. En los choques inelsticos las partculas que chocan cambian de forma aunque en ocasiones el cambio sea inapreciable. Si las partculas que chocan quedan unidas despus del choque, los choques se denominan perfectamente inelsticos. Los diversos tipos de choques se pueden resumir en la tabla siguiente:

CANTIDAD DE MOVIMIENTOENERGIA CINETICASITUACION DE LOS CUERPOS DESPUES DEL CHOQUETIPOS DE CHOQUE

SE CONSERVASE CONSERVALIBRESELASTICO

SE CONSERVANO SE CONSERVALIBRESINELASTICO

SE CONSERVANO SE CONSERVAUNIDOSPERFECTAMENTE INELASTICO

La mayora de los choques son inelsticos en mayor o menor medida, ya que al producirse los choques, las partculas se deforman y se calientan.Los nicos choques perfectamente elsticos que se conocen son los que se producen entre las partculas atmicas, nucleares y fundamentales. Al estudiar los choques resulta difcil conocer las fuerzas que intervienen en la interaccin entre los cuerpos durante el choque. Sin embargo, aplicando los principios de conservacin de la cantidad de movimiento y de la energa y conociendo las condiciones iniciales antes de producirse el choque. Los choques entre partculas que se mueven en una sola direccin y en los que esta direccin se conserva antes y despus del choque, reciben el nombre de choques frontales.Choques elsticosLos choques elsticos se producen cuando las partculas, despus de chocar, recobran su forma primitiva y se mueven independientemente una de la otra con una determinada velocidad, conservando la energa cintica. Consideremos dos partculas, de masas respectivas m1 y m2 que inicialmente se mueven con velocidades v1 y v2 respectivamente y chocan frontalmente. Mientras dura el choque, las partculas ejercen una sobre otra fuerza que actan en la direccin del movimiento, de modo que podemos prescindir del carcter vectorial de las magnitudes que intervienen y considerar nicamente su sentido. Como en cualquier choque se conserva las cantidades movimiento del sistema, aplicando el principio de conservacin de la cantidad de movimiento, resulta:m1 v1 + m2 v2 = m1 v1` + m2 v2`Agrupando los valores correspondientes a cada partcula, se obtiene: m1 v1 m1 v1` = m2 v2 ` - m2 v2m1 (v1 v1`) = m2 (v2` - v2)Choques inelsticosSe dice que un choque es inelstico cuando se conserva la cantidad de movimiento pero no la energa cintica. En un choque inelstico, la energa cintica despus de un choque es menor que la energa cintica antes del choque ya que un aparte de la energa cintica se transforma en calor o en energa potencial de deformacin en el choque. Consideremos un choque perfectamente inelstico, es decir, un choque en el que las partculas quedan unidas despus de la colisin, comportndose despus del choque como un nico objeto. Por ejemplo, se puede suponer el caso de un proyectil, que inicialmente lleva una velocidad v2 de tal manera, que despus del choque ambos cuerpos su mueven con velocidad v`. Aplicando el principio de conservacin de la cantidad de movimiento resulta: Cantidad de movimiento del sistema antes del choque: m1v1 + m2v2 Cantidad de movimiento del sistema despus del choque: m1v`+ m2v`= (m1 + m2) v` Como la cantidad de movimiento se conserva, se tiene: m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v`Una aplicacin prctica muy interesante de los choques perfectamente inelsticos y del principio de conservacin de la energa mecnica lo constituye el denominado pndulo balstica, que se emplea para determinar la velocidad de los proyectiles. El pndulo balstica est formado por un bloque de madera de masa M suspendido de un hilo inextensible, que oscila alrededor de su posicin de equilibrio cuando se les dispara horizontalmente un proyectil de masa M, que lleva una velocidad desconocida V. Cuando se produce el impacto, el proyectil queda incrustado en el bloque de madera y el conjunto formado por el proyectil y el bloque de madera que alcanza el conjunto formado por las dos masas, se puede deducir la velocidad despus del choque V, y, a partir de ella, la velocidad del proyectil antes del choque V. para determinar el valor V, aplicamos el principio de conservacin de la energa mecnica, suponiendo que no actan fuerzas no conservativas, como instante inicial tomaremos aquel en que el sistema formado por el proyectil incrustado en el bloque comienza su movimiento ascensional y como instante final, aquel en que el sistema alcanza su mxima altura H.Energa cinticaPara hablar de choque, primero especifiquemos qu es energa cintica y como la relacionamos con el fenmeno de choque y elasticidad.La energa cintica es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partculas de un sistema. Tambin se puede decir que es el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo, hasta la velocidad indicada.Para que un cuerpo adquiera energa cintica o de movimiento; es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que est actuando dicha fuerza, mayor ser la velocidad del cuerpo, (manteniendo su energa cintica, salvo que cambie su velocidad) y, por lo tanto, su energa cintica ser tambin mayor. En cambio para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energa cintica. Otro factor que influye en la energa cintica es la masa del cuerpo.Para un cuerpo puntual de masa m que se desplaza a una velocidad v la energa cintica viene dada por la expresin: Energa cintica y temperaturaEl movimiento de las partculas (energa cintica) que constituyen la materia, provoca la transformacin de energa, respetando la Ley de conservacin de energa (no se crea, ni destruye energa, solo se transforma). La energa cintica se transforma en energa trmica, provocando que un cuerpo tenga mayor o menor temperatura, segn sea la velocidad de sus partculas (a mayor velocidad mayor temperatura, menor velocidad menor temperatura).La cantidad de energa cintica media que tienen las partculas de un cuerpo se refleja en su temperatura.Un aumento en la temperatura de cualquier cuerpo (slido, lquido o gas) nos informa de un aumento en la agitacin de las partculas del mismo.Mecnica clsicaLa mecnica consiste en el estudio del movimiento, o de la evolucin de posicin de partculas o sistemas (muchas partculas) en el tiempo. Actualmente, la mecnica clsica se enmarca dentro de un marco ms general denominados sistemas dinmicos, que involucra el estudio de la evolucin o cambios de estados de variables en el tiempo en sistemas generales.La mecnica clsica se refiere a fenmenos que ocurren en escalas macroscpicas, es decir, no incluye fenmenos cunticos (nivel atmico). Durante el siglo XX, se encontr con varias limitaciones para explicar nuevos fenmenos. Las subsecuentes soluciones de estas dificultades implicaron extensiones del campo de estudio de la mecnica, y condujeron a tres grandes revoluciones intelectuales o cambios de paradigmas cientficos: Limitacin para explicar fenmenos a altas velocidades o a altas energas, lo que condujo a la teora de la relatividad. Limitacin para explicar fenmenos a escala atmicas o microscpica, lo cual dio origen a la mecnica cuntica. Limitacin del concepto de prediccin en sistemas dinmicos deterministas no lineales, que condujo al desarrollo del caos y al estudio actual de sistemas complejos.Energa cintica en mecnica clsica Energa cintica de sistemas de partculasPara una partcula, o para un slido rgido que no est rotando, la energa cintica va a cero cuando el cuerpo para. Sin embargo, para sistemas que contienen muchos cuerpos con movimientos independientes, que ejercen fuerzas entre ellos y que pueden (o no) estar rotando; esto no es del todo cierto. Esta energa es llamada 'energa interna'. La energa cintica de un sistema en cualquier instante de tiempo es la suma simple de las energas cinticas de las masas, incluyendo la energa cintica de la rotacin. Energa cintica de un slido rgido en rotacinPara un slido rgido que est rotando puede descomponerse la energa cintica total como dos sumas: la energa cintica de traslacin (que es la asociada al desplazamiento del centro de masa del cuerpo a travs del espacio) y la energa cintica de rotacin (que es la asociada al movimiento de rotacin con cierta velocidad angular). La expresin matemtica para la energa cintica es: Dnde: Energa de traslacin. Energa de rotacin. Masa del cuerpo. Tensor de (momentos de) inercia. Velocidad angular del cuerpo. Traspuesta del vector de la velocidad angular del cuerpo. Velocidad lineal del cuerpo.El valor de la energa cintica es positivo, y depende del sistema de referencia que se considere al determinar el valor (mdulo) de la velocidad y . La expresin anterior puede deducirse de la expresin general:Cantidad de movimientoLa cantidad de movimiento es el producto de la velocidad por la masa. La velocidad es un vector mientras que la masa es un escalar. Como resultado obtenemos un vector con la misma direccin y sentido que la velocidad.La cantidad de movimiento sirve, por ejemplo, para diferenciar dos cuerpos que tengan la misma velocidad, pero distinta masa. El de mayor masa, a la misma velocidad, tendr mayor cantidad de movimiento.m = Masav = Velocidad (en forma vectorial)p = Vector cantidad de movimientoCantidad de movimiento mecnica clsicaEn mecnica clsica la forma ms usual de introducir la cantidad de movimiento es mediante su definicin como el producto de la masa de un cuerpo material por su velocidad, para luego analizar su relacin con la Ley de Newton a travs del teorema del impulso y la variacin de la cantidad de movimiento.No obstante, luego del desarrollo de la fsica moderna, esta manera de hacerlo no resulto la ms conveniente para abordar esta magnitud fundamental.Cantidad de movimiento en mecnica relativistaLa constancia de la velocidad de la luz en todos los sistemas inerciales tiene como consecuencia que la fuerza aplicada y la aceleracin adquirida por un cuerpo material no sean colineales en general. La ley fundamental de la mecnica relativista aceptada es:F=dp/dt.El principio de la Relatividad establece que las leyes de la Fsica conserven su forma en los sistemas inerciales (los fenmenos siguen las mismas leyes). Aplicando este Principio en la ley F=dp/dt se obtiene el concepto de masa relativista, variable con la velocidad del cuerpo, si se mantiene la definicin clsica (newtoniana) de la cantidad de movimiento.Cantidad de movimiento en mecnica cunticaLa mecnica cuntica postula que a cada magnitud fsica observable le corresponde un operador lineal auto adjunto , llamado simplemente "observable", definido sobre un dominio de espacio de Hilbert abstracto. Este espacio de Hilbert representa cada uno de los posibles estados fsicos que puede presentar un determinado sistema cuntico.Aunque existen diversas maneras de construir un operador asociado a la cantidad de movimiento, la forma ms frecuente es usar como espacio de Hilbert para una partcula el espacio de Hilbert y usar una representacin de los estados cunticos como funciones de onda. En ese caso, las componentes cartesianas del momento lineal se definen como:ElasticidadLa elasticidad es aquella propiedad de un material por virtud de la cual las deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen al removrselos. Algunas sustancias como los gases poseen nicamente elasticidad volumtrica, pero los slidos pueden poseer, adems elasticidad de forma. Un cuerpo perfectamente elstico se concibe como uno que recobra completamente su forma y dimensiones originales al retirarse el esfuerzo.Elasticidad linealUn caso particular de solido elstico se presenta cuando las tensiones y deformaciones estn relacionadas linealmente; cuando eso sucede se dice que es un slido elstico lineal. La teora de la elasticidad lineal es el estudio de solidos elsticos lineados sometidos a pequeas deformaciones de tal manera que adems de los desplazamientos y deformaciones sean lineales. Esta teora es solamente aplicable: Slidos elsticos lineales. Deformaciones pequeas, es el caso en que deformaciones y desplazamientos estn relacionados linealmente.TensinEs un punto que se define como el lmite de la fuerza aplicada sobre una pequea regin sobre un plano en que contenga al punto alineado del rea de la regin, es decir la tensin es la fuerza aplicada por unidad de superficie y depende del punto elegido, del estado tensional del slido y de la orientacin del plano encogido para cada limite. Puede probarse que la normal al plano encogido y la tensin en un punto est relacionado por:t=T (n_(() ))Donde T es el llamado tensor tensin, que fijado a una base vectorial octogonal es representado por una matriz simtrica.DeformacinEs el cambio en el tamao o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o ms fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatacin trmica. La magnitud ms simple para medir la deformacin y lo que en ingeniera se llama deformacin axial o deformacin unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud. = s/s= (s^(1 )-s)/sDeformacin plstica, irreversible o permanenteModo de deformacin en que el material no regresa a su forma original despus de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque el material experimenta cambios termodinmicos irreversibles al adquirir mayor energa potencial elstica.Deformacin elstica, reversible o no permanenteEl cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformacin. Comnmente se entiende por materiales elsticos aquellos que sufren grandes elongaciones cuando se les aplica una fuerza, como la goma elstica que puede estirarse sin dificultad recuperando su longitud original una vez que desaparece la carga.Los metales y aleaciones de aplicacin tcnica, piedras, hormigones y maderas y en general cualquier material presenta este comportamiento hasta un cierto valor de la fuerza aplicada; si bien en los caso apuntados las deformaciones son pequeas, al retirar la carga desaparece.Al valor mximo de la fuerza aplicada sobre un objeto para que su deformacin sea elstica se le denomina limite elstico; una ves superado aparecen deformaciones plsticas comprometiendo la funcionalidad de ciertos elementos mecnicos.Energa de deformacinLa deformacin es un proceso termodinmico en el que la energa interna del cuerpo acumula energa potencial elstica. A partir de unos ciertos valores de la deformacin se pueden producir transformaciones del material y parte de la energa se disipa en forma de plastificado, endurecimiento, fractura o fatiga del material.Ecuaciones constitutivas de Lam-HookeLas ecuaciones de Lam-Hooke son las ecuaciones constitutivas de un slido elstico lineal, homogneo e istropo, tienen la forma:Ciertos materiales muestran un comportamiento slo aproximadamente elstico, mostrando por ejemplo variacin de la deformacin con el tiempo o fluencia lenta. Estas deformaciones pueden ser permanentes o tras descargar el cuerpo pueden desaparecer (parcial o completamente) con el tiempo (viscoplasticidad, viscoelasticidad). Adems algunos materiales pueden presentar plasticidad es decir pueden llegar a exhibir pequeas deformaciones permanentes.Ecuaciones de equilibrio Equilibrio interno: Cuando las deformaciones no varan con el tiempo, el campo de tensiones dado por el tensor tensin representa un estado de equilibrio con las fuerzas de volumen b = (bx,by,bz) en todo punto del slido, lo cual implica que el campo de tensiones satisface estas condiciones de equilibrio: Equilibrio en el contorno: Adems de las ltimas ecuaciones deben cumplirse las condiciones de contorno, sobre la superficie del slido, que relacionan el vector normal a la misma n = (nx,ny,nz) (dirigido hacia el exterior) con las fuerzas por unidad de superficie que actan en el mismo punto de la superficie f = (fx,fy,fz):Problema elsticoEl problema elstico es el problema fsico-matemtico de encontrar los desplazamientos y las tensiones en un slido deformable elstico .Entendemos por esto, partiendo de la forma original del slido, de las fuerzas actuantes sobre el mismo y de los desplazamientos impuestos de algunos puntos de la superficie del slido.Es decir, la propiedad elstica de los materiales est relacionada, con la capacidad de un slido de sufrir transformaciones termodinmicas reversibles e independencia de la velocidad de deformacin. Cuando sobre un slido deformable actan fuerzas exteriores y ste se deforma se produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en el cuerpo en forma de energa potencial elstica y por tanto se producir un aumento de la energa interna. El slido se comportar elsticamente si este incremento de energa puede realizarse de forma reversible, en este caso se dice que el slido es elstico.Un caso particular de slido elstico se presenta cuando las tensiones y las deformaciones estn relacionadas linealmente. Cuando eso sucede si dice que el slido es elstico lineal. Un problema elstico lineal queda definido por la geometra del slido, las propiedades de dicho material, unas fuerzas actuantes y unas condiciones de contorno que imponen restricciones al movimiento de cuerpo. A partir de esos elementos es posible encontrar un campo de tensiones internas sobre el slido (que permitir identificar los puntos que soportan ms tensin) y un campo de desplazamientos (que permitir encontrar si la rigidez del elemento resistente es la adecuada para su uso).Elasticidad y diseo mecnicoEn ingeniera mecnica es frecuente plantear problemas elsticos para decidir la adecuacin de un diseo. En ciertas situaciones de inters prctico no es necesario resolver el problema elstico completo sino que basta con plantear un modelo simplificado y aplicar los mtodos de la resistencia de materiales para calcular aproximadamente tensiones y desplazamientos. Cuando la geometra involucrada en el diseo mecnico es compleja la resistencia de materiales suele ser insuficiente y la resolucin exacta del problema elstico inabordable desde el punto de vista prctico. En esos casos se usan habitualmente mtodos numricos como el Mtodo de los elementos finitos para resolver el problema elstico de manera aproximada. Un buen diseo normalmente incorpora unos requisitos de: Resistencia adecuada Rigidez adecuada Estabilidad global y elsticaElasticidad no linealEl abandono del supuesto de pequeas deformaciones obliga a usar un tensor deformacin no lineal y no infinitesimal, como en la teora lineal de la elasticidad donde se usaba el tensor deformacin lineal infinitesimal de Green-Lagrange.Si adems de eso el slido bajo estudio no es un slido elstico lineal nos vemos obligados a substituir las ecuaciones de Lam-Hooke por otro tipo de ecuaciones constitutivas capaces de dar cuenta de la no linealidad material. Adems de las mencionadas existen otras no linealidades en una teora de la elasticidad para grandes deformaciones.DeformacinUna deformacin elstica finita implica un cambio de forma de un cuerpo, debido a la condicin de reversibilidad ese cambio de forma viene representado por un difeomorfismo. Formalmente si representa la forma del cuerpo antes de deformarse y la forma del cuerpo despus de deformarse.Ecuacin constitutivaExisten muchos modelos de materiales elsticos no lineales diferentes. Entre ellos destaca la familia de materiales hiperelsticos e istropos, en los que la ecuacin constitutiva puede derivarse de un potencial elstico W que representa la energa potencial elstica.Transformaciones QumicasLos cambios qumicos son aquellas modificaciones que afectan la composicin de la materia. Durante una transformacin qumica, se forman nuevas sustancias, con diferente identidad que las originales. En las transformaciones qumicas ocurren reacciones qumicas, procesos en los cuales una o ms sustancias se transforman en otra u otras nuevas sustancias. Estos procesos consisten en un reordenamiento de los tomos, que se agrupan de diferente manera en los reactivos y en los productos, por lo que su cantidad e identidad se conserva. La ruptura de enlaces qumicos en los reactivos y la formacin de nuevos enlaces en los productos est siempre acompaada de cambios energticos.Existen muchas formas de agrupar las reacciones qumicas, segn sea el criterio que se utilice. Por ejemplo, si se tienen en cuenta los intercambios energticos, se pueden distinguir entre reacciones endotrmicas (aquellas que absorben energa) y reacciones exotrmicas (las que liberan energa).Otro criterio para agrupar las reacciones es tener en cuenta su velocidad, ya que las reacciones pueden ocurrir a velocidades muy diferentes. Hay reacciones muy rpidas, como es el caso de las explosivas, y otras muy lentas, como la decoloracin de la pintura por accin de la luz.Un tercer criterio considera el tipo de sistemas que forman los reactivos y los productos. As, se distinguen las reacciones homogneas (aquellas que ocurren en sistemas que presentan una sola fase) de las reacciones heterogneas (aquellas que ocurren en sistemas que presentan ms de una fase).Tambin puede considerarse como criterio el que se produzca o no una transferencia de electrones durante la reaccin qumica. Se denomina reacciones de oxido reduccin o reacciones redox a aquellas en las que se produce esa transferencia. Tambin es posible agruparlas de acuerdo con algunas caractersticas adicionales, lo que no excluye que puedan encuadrarse en algunos de los tipos de reacciones mencionados anteriormente. As, se distinguen: Reacciones cido-base. Se producen por la participacin de cidos y bases. Reacciones de precipitacin. Ocurren en soluciones, en las cuales se forma un slido insoluble que se separa de la solucin. Reacciones de combustin. Se producen cuando reacciona un combustible con oxigeno y se libera energa. Reacciones de desplazamiento. Un ion o un tomo de un reactivo es desplazado por otros. Reacciones de sntesis y descomposicin. Se forman sustancias, que pueden ser ms complejas o ms sencillas que los reactivos. En primer caso, se habla de sntesis y, en el segundo, de descomposicin.Reacciones Acido-BaseEn estas reacciones participan cidos y bases. Muchos materiales que se usan cotidianamente son cidos, por ejemplo, el acido ctrico presente en frutas como el limn; el acido acetilsalicilico, en las aspirinas; el acido actico presente en el vinagre y el acido ascrbico o vitamina C. Tambin muchos materiales que se usan comnmente contienen bases, por ejemplo, los limpiadores que contienen hidrxido de amonio (NH4OH) o la soda caustica, que es hidrxido de sodio (NaOH). La soda caustica se utiliza para destapar caeras.cidos fuertes y cidos dbilesAlgunos cidos, al disolverse en agua, se disocian totalmente para forman protones y aniones. Estos cidos se denominan cidos fuertes. Un ejemplo es el acido ntrico (HNO3), que se disocia generando protones (H+) e iones nitrato (NO3-).Existen cidos que no se disocian completamente en solucin, se denominan cidos dbiles. Por ejemplo, el acido actico (CH3COOH) presente en el vinagre se disocia generando protones (H+) e iones acetato (CH3COO-)En este caso, en la solucin se encuentran simultneamente acido actico (CH3COOH), protones (H+) e iones acetato (CH3COO-). Esta situacin queda indicada en la doble flecha.Bases fuertes y bases dbilesAlgunas bases, por ejemplo, el hidrxido de bario [Ba(OH)2], se disocia completamente en agua para formar iones metlicos (Ba2+) e iones hidrxido (OH-)Estas se llaman bases fuertes.Las bases dbiles se caracterizan porque solo una pequea fraccin se ioniza.Reaccin entre un cido fuerte y una base fuerteEste tipo de reaccin se denomina reaccin de neutralizacin. De ella se obtiene, como productos, agua y una sal. Por ejemplo, de la reaccin entre el acido clorhdrico (HCL) y el hidrxido de sodio (NaOH) se obtiene una sal, cloruro de sodio (NaCl) acuoso, y agua:HCL (ac) + NaOH NaCl (ac) + H2O (l)En la solucin, el acido clorhdrico, el hidrxido de sodio y el cloruro de sodio estn disociados en iones. Si se consideran los iones, la nica reaccin que ocurre es:H+ (ac) + OH- (ac) H2O (l)Reaccin entre un acido fuerte y una base dbilAl reaccionar un acido fuerte con una base dbil, se obtiene, se obtiene como producto una solucin acida. Por ejemplo, en la reaccin de acido clorhdrico (HCL) con una base dbil, como hidrxido de amonio (NH4OH), ocurre la siguiente reaccin:HCl (ac) + NH4OH (ac) NH4Cl (ac) + H2O (l)El NH4Cl en H2O se disocia de la siguiente manera:NH4Cl (s) NH4+ (ac) + Cl- (ac)El ion amonio (NH4+) se hidroliza, es decir, reacciona con agua:NH4+ (ac) + 2 H2O (l) NH4OH (ac) + H3O+ (ac)Por esta razn, al liberarse H3O+, aparece un desequilibrio entre estos iones oxonio y los iones oxhidrilos. Una mayor concentracin de los primeros hace que la solucin sea acida. En esta reaccin, el Cl- no reacciona con el agua.Reaccin entre un acido dbil y una base fuerteAl reaccionar un acido dbil con una base fuerte, la solucin se hace ms bsica. Por ejemplo, si reacciona acido (HCN) con una base fuerte, como el hidrxido de sodio (NaOH), se obtiene una sal, el cianuro de sodio (NaCN), y agua:HCN (ac) + NaOH (ac) NaCN (ac) + H2O (l)Si se disuelve el cianuro de sodio (NaCN) en agua, se obtienen iones sodio y cianuro:NaCN (s) Na+ (ac) + CN- (ac)El cianuro interviene en una reaccin de hidrlisis:CN- (ac) + H2O (l) HCN (ac) + OH- (ac)El HCN es un acido debil y, por lo tanto, muy poco disociado, de esta manera, aumenta la concentracin de OH- en el agua superando la de los H3O+, y la solucin se hace ms bsica.Reaccin entre un acido dbil y una base dbilLa solucin resultante tiene carcter dbilmente acida o dbilmente bsica, segn sea la fuerza relativa de los reactivos. En el caso especial que se describe, como el acido y la base son igualmente dbiles, la solucin resultante es neutra. Un ejemplo de este tipo de reaccin es la del acido actico con el hidrxido de amonio. La ecuacin que representa esta reaccin es la siguiente:CH3COOH (ac) + NH4OH (ac) CH3COO- (ac) + NH4+ (ac) + H2O (l)Reacciones de precipitacinLas reacciones de precipitacin son transformaciones que ocurren en solucin, en las que se forma un slido insoluble, denominado precipitado, que se separa de la solucin y se deposita en el fondo. Por ejemplo si se hace reaccionar una solucin de cromato de potasio (K2CrO4),de color amarillo, con una solucin de nitrato de bario [Ba(NO3)2], incolora, se forma un precipitado de color marrn amarillento de cromato de bario (BaCrO4). La representacin de esta reaccin es la siguiente:K2CrO4 (ac) + Ba(NO3)2 (ac) BaCrO4 (s) + 2 KNO3 (ac)Para poder predecir si en una reaccin se formar o no un precipitado es necesario conocer la solubilidad de cada uno de los productos, es decir, conocer cul es la mxima cantidad de soluto que se puede disolver en equilibrio en una cantidad de solvente a una temperatura y una presin dadas. Este dato se puede hallar en tablas de solubilidad, que registran los valores de esta propiedad para diferentes sustancias en funcin de la temperatura.Reacciones de oxido-reduccinEstas reacciones reciben este nombre porque en ellas hay un cambio en el numero de oxidacin de los elementos. En estas reacciones pueden diferenciarse 2 semireacciones: la de oxidacin y la de reduccin, que ocurren simultneamente.En las reacciones de oxido-reduccin siempre hay un cambio en el nmero de oxidacin de los elementos. Este cambio se debe a una transferencia de electrones.En la semireaccion de oxidacin, un elemento pierde electrones, por lo que aumenta su nmero de oxidacin. En la semireaccion de reduccin, un elemento gana electrones, por lo que disminuye su nmero de oxidacin.Las reacciones de combustin, desplazamiento, desproporcin, corrosin, y las electroqumicas pueden ser todas analizadas como reacciones de oxido-reduccin. Los productos de la oxidacin de un compuesto orgnico dependen tanto del compuesto orgnico que se oxida como de la naturaleza del agente oxidante; as, por ejemplo, el etanol se puede oxidar hasta aldehdo, acido o dixido de carbono y agua.Reacciones de combustinLas reacciones de combustin son reacciones en las que participa el oxigeno molecular como reactivo y se produce una gran liberacin de energa, es decir, son exotrmicas.Ejemplo: Combustin del metanoCH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2OEsta ecuacin representa la reaccin que se produce cuando se enciende la hornalla de una cocina o cuando se encienden estufas. En esta reaccin, el carbono se oxida y el oxigeno se reduce.La reaccin de combustin puede darse en los alcanos, los alcoholes, los eteres y en la mayora de las sustancias orgnicas. Los alcoholes pueden utilizarse como combustibles alternativos en vehculos.Reacciones de desplazamientoEn este tipo de reacciones, un ion o tomo de un compuesto es reemplazado por otro ion o tomo de otro elemento. Se representan del siguiente modo:A + BC = AC + BDonde A, B y C no son smbolos qumicos, sino que representan a tomos.Las reacciones de desplazamiento se clasifican en 3 tipos: Desplazamiento de hidrogeno Desplazamiento de un metal Desplazamiento de un halgenoDesplazamiento de hidrogenoEl agua y los cidos contienen hidrogeno, que puede ser desplazado por metales. Los metales alcalinos y algunos alcalinos trreos como el calcio, el estroncio y el bario pueden desplazar hidrogeno del agua fra.Metales menos reactivos como el aluminio y el hierro pueden desplazar hidrogeno del vapor de agua y muchos metales; aun los que no reaccionan con el agua, pueden desplazar hidrogeno de cidos. Sin embargo, algunos metales como el cobre, la plata y el oro no desplazan hidrogeno, ni siquiera de cidos.Desplazamiento de un metalUn metal que forma parte de un compuesto puede ser desplazado por otro metal que est en estado libre, o sea que no est unido a ningn elemento.Cada metal desplaza a cualquiera que est por debajo del en la tabla de actividades; los metales que se encuentran debajo del hidrogeno no reaccionan con agua ni con acido.Desplazamiento de un halgenoLos halgenos, elementos del grupo 17 de la tabla peridica, se comportan de manera similar que los metales, unos pueden desplazar a otros de sus halogenuros. La siguiente serie de elementos muestra el orden decreciente en que los halogenuros pueden desplazarse unos a otros; flor, cloro, bromo, yodo. Por lo tanto, el primero de la serie, el flor, puede desplazar a los dems. El poder como agentes oxidantes de estos elementos disminuye a medida que se avanza en el grupo, el que desplaza a otro es el que se reduce.Reacciones de combinacinUna reaccin de combinacin es una reaccin en la que dos o ms sustancias se combinan para formar un solo producto. Son ejemplo azufre quemndose en aire para formar dixido de azufre, sodio quemndose en cloro para formar cloruro de sodio, aluminio en reaccin con el bromo para formar bromuro de aluminio,Reacciones de descomposicinLas reacciones de descomposicin son lo opuesto de las reacciones de combinacin. Concretamente, una reaccin de descomposicin es la ruptura de un compuesto en dos o ms componentes.Reaccin de desproporcinLa reaccin de desproporcin es un tipo especial de reaccin redox. En una reaccin de desproporcin, un mismo elemento en un estado de oxidacin se oxida y se reduce al mismo tiempo. En una reaccin de este tipo un reactivo siempre contiene un elemento que puede tener por lo menos 3 estados de oxidacin. El elemento mismo est en un estado de oxidacin intermedio, es decir, pueden existir estados de oxidacin superior e inferior para el mismo elemento.Es interesante comparar las reacciones redox, con las reacciones acido-base. Ambas reacciones son similares en cuanto a que las reacciones acido-base implican la transferencia de protones, en tanto que las reacciones redox transfieren electrones. Sin embargo, en tanto que las reacciones acido-base son fciles de reconocer, no hay un procedimiento sencillo que permita identificar un proceso redox. La nica manera segura es mediante la comparacin de los nmeros de oxidacin de todos los elementos presentes en los reactivos y los productos. Cualquier cambio en el nmero de oxidacin garantiza que la reaccin sea de carcter redox, por naturaleza.Transformaciones NuclearesFisin nuclearPara poder obtener energa manipulando los ncleos de uno o varios tomos podemos hacerlo de dos formas distintas. Uniendo ncleos de tomos distintos (entonces hablamos de fusin nuclear) o partiendo ncleos de un determinado tomo (caso de la fisin nuclear)En energa nuclear llamamos fisin nuclear a la divisin del ncleo de un tomo. El ncleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original ms dos o tres neutrones.

La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta 'falta' de masas (alrededor del 0,1 por ciento de la masa original) se ha convertido en energa segn la ecuacin de Einstein (E=mc2). En esta ecuacin E corresponde a la energa obtenida, m a la masa de la que hablamos y c es una constante, la de la velocidad de la luz: 299.792.458 m/s2.La fisin nuclear puede ocurrir cuando un ncleo de un tomo pesado captura un neutrn (fisin inducida), o puede ocurrir espontneamente debido a la inestabilidad del istopo (fisin espontnea).Reacciones nucleares en cadena

Una reaccin en cadena es un proceso mediante el cual los neutrones que se han liberado en una primera fisin nuclear producen una fisin adicional en al menos un ncleo ms. Este ncleo, a su vez produce neutrones, y el proceso se repite.Estas reacciones en cadena pueden ser controladas o incontroladas. Las reacciones controladas seran las reacciones nucleares producidas en centrales nucleares en que el objetivo es generar energa elctrica de forma constante. Las reacciones nucleares incontroladas se dan en el caso de armas nucleares.Si en cada fisin provocada por un neutrn se liberan dos neutrones ms, entonces el nmero de fisiones se duplica en cada generacin. En este caso, en 10 generaciones hay 1.024 fisiones y en 80 generaciones aproximadamente 6 x 1023 fisiones.Masa crticaLa masa crtica es la cantidad mnima de material fisionable para que se mantenga una reaccin nuclear en cadena.Aunque en cada fisin nuclear se producen entre dos y tres neutrones, no todos neutrones estn disponibles para continuar con la reaccin de fisin; algunos se pierden. Si los neutrones liberados por cada reaccin nuclear se pierden a un ritmo ms rpido de lo que se forman por la fisin, la reaccin en cadena no ser auto sostenible y se detendr.La cantidad de masa crtica de un material fisionable depende de varios factores: propiedades fsicas, propiedades nucleares, de su geometra y de su pureza.Una esfera tiene la superficie mnima posible para una masa dada, y por tanto, reduce al mnimo la fuga de neutrones. Si adems bordeamos el material fisionable con un reflector de neutrones se pierden muchos menos neutrones y se reduce la masa crtica.La fisin nuclear controlada

Para mantener un control sostenido de reaccin nuclear, por cada 2 o 3 neutrones puestos en libertad, slo a uno se le debe permitir dar a otro ncleo de uranio. Si esta relacin es inferior a uno entonces la reaccin va a morir, y si es ms grande va a crecer sin control (una explosin atmica). Para controlar la cantidad de neutrones libres en el espacio de reaccin debe estar presente un elemento de absorcin de neutrones. La mayora de los reactores son controlados por medio de barras de control hechas de neutrones de un fuerte material absorbente, como el boro o el cadmio.Adems de la necesidad de capturar neutrones, los neutrones a menudo tienen mucha energa cintica (se mueven a gran velocidad). Estos neutrones rpidos se reducen a travs del uso de un moderador, como el agua pesada y el agua corriente. Algunos reactores utilizan grafito como moderador, pero este diseo tiene varios problemas. Una vez que los neutrones rpidos se han desacelerado, son ms propensos a producir ms fisiones nucleares o ser absorbidos por las barra de control.Fisin nuclear espontnea

En este tipo de reacciones no es necesaria la absorcin de un neutrn exterior. En determinados istopos del uranio, y sobre todo del plutonio, tienen una estructura atmica tan inestable que se fisiona espontneamente.La tasa de la fisin nuclear espontnea es la probabilidad por segundo que un tomo dado se fisione de forma espontnea - es decir, sin ninguna intervencin externa. El plutonio 239 tiene una muy alta tasa de fisin espontnea en comparacin con la tasa de fisin espontnea de uranio235.

Bibliografa: Quimica Raymond Chang, 10 Edicion. Estrada Polimodal Quimica. Energa Nuclear: http://energia-nuclear.net/como_funciona/fision_nuclear.html Wikipedia. Experimentos de Quimica: http://fq-experimentos.blogspot.com.ar

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