Q9.11. Fenómenos de transporte
Difusión, viscosidad y conducción térmica describen cómo materia, cantidad de movimiento y energía se transportan por gradientes. Son procesos irreversibles con leyes fenomenológicas.
Objetivos de aprendizaje
- Explicar flujo impulsado por gradientes.
- Aplicar ideas de Fick, Fourier y Newton.
- Relacionar transporte con teoría cinética.
- Distinguir coeficientes de transporte y variables extensivas.
Mapa del capítulo
Gradientes y flujos
Un gradiente espacial impulsa flujo: materia va de alta a baja concentración, calor de alta a baja temperatura y cantidad de movimiento se transfiere entre capas con distinta velocidad. El flujo es cantidad transportada por área y tiempo. Las leyes lineales valen cerca del equilibrio y con gradientes moderados.
Difusión
La primera ley de Fick dice que el flujo difusivo es proporcional al gradiente de concentración con signo opuesto. El coeficiente de difusión aumenta con temperatura y disminuye con tamaño molecular y viscosidad. La segunda ley describe cómo cambia la concentración en el tiempo cuando hay difusión no estacionaria.
Viscosidad y calor
La ley de Newton de la viscosidad relaciona esfuerzo cortante con gradiente de velocidad. La ley de Fourier relaciona flujo de calor con gradiente de temperatura. En gases, la teoría cinética explica estos coeficientes mediante velocidad molecular y recorrido libre medio; en líquidos dominan interacciones y estructura local.
Transporte en química
El transporte puede limitar reacciones. En catálisis heterogénea, electroquímica o procesos biológicos, no basta con cinética intrínseca: los reactivos deben llegar a la interfaz. Distinguir control cinético de control difusional evita interpretar mal velocidades observadas.
Ejemplo trabajado de lectura fisicoquímica
Si una reacción superficial es muy rápida pero el reactivo difunde lentamente hacia la superficie, la velocidad observada puede estar controlada por transporte, no por el mecanismo químico elemental.
Errores frecuentes y cómo evitarlos
| Error | Corrección conceptual |
|---|---|
| Pensar que gradiente y flujo son lo mismo | El gradiente impulsa; el flujo es respuesta. |
| Aplicar leyes lineales lejos del equilibrio | Los coeficientes pueden dejar de ser constantes. |
| Ignorar transporte en cinética experimental | La velocidad observada puede no ser intrínseca. |
Autoevaluación
- Explica la ley de Fick cualitativamente.
- Distingue difusión y convección.
- ¿Qué significa control difusional?