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ESTADO LÍQUIDO
QUÍMICA GENERAL I (ING. QUÍMICA)
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FUERZAS INTERMOLECULARES Y ESTADO LÍQUIDO
Fuerzas intermoleculares: iónicas y de Van der Waals.
Polarizabilidad. Puente de hidrógeno.
Viscosidad y tensión superficial.
Presión de vapor.
Diagramas de fase.
FUERZAS INTERMOLECULARES (FI)2
2
n(P+ . ).( V n . ) n .R.T
Va b
FI
Gas
real
Las FI son responsables del cambio de gas a líquido,que ocurre cuando se le aplica presión por debajo de latemperatura crítica Tc. Las FI actúan, según Van der
Waals, sobre el término de presión.
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I) FUERZAS IÓN-IÓN
http://www.hschickor.de/nacl.swf
+ -A 1 2
r
N n .n q q ME = -
r
Er = Energía reticularq1, q2 = cargasM = Cte. de Madelungr = distancia
http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/media_portfolio/text_images/058_DissolutNaCl.MOV
II) FUERZAS IÓN-DIPOLO
El proceso mediante el cual las partículas que componen una sustancia rodean a laspartículas de otra se llama solvatación. Si tal sustancia es el agua, el proceso se
denomina hidratación. Caso NaCl-H2O
h idra t 2qE = - r
q = carga = momento dipolarr = distancia
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III) FUERZAS IÓN-DIPOLO INDUCIDO
Un ión puede deformar (polarizar) la nube electrónica de unamolécula neutra, generando un dipolo inducido. Lapolarizabilidad se denomina , y es proporcional a la masamolecular y la extensión de la nube electrónica. Caso I2-I
-.
+-h idra t 4
qE = -
r
IV) FUERZAS DE VAN DER WAALSLa energía de estas interacciones consta de una parte atractiva yotra repulsiva. Los exponente valen n = 6 y m = 12, con lo queesta función se conoce como potencial 6-12, o de Lennard-Jones
n m
A BE =- +
r r
Esta interacción ocurre entre dipolos permanentes(neto 0). Caso SO2.
IV.a) FUERZAS DIPOLO-DIPOLO
6E =-
r
La parte atractiva del potencial viene dada por
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IV.b) FUERZAS DIPOLO-DIPOLO INDUCIDO
+-
+-
+-
Similar al efecto de un ión, un dipolo permanentetambién puede inducir un dipolo cuando interactúa
con una molécula no polar. Caso O2-H2O.
6E =-r
La parte atractiva del potencial viene dada por
IV.b) FUERZAS DIPOLO INDUCIDO-DIPOLO INDUCIDO (LONDON)
+
-
+-
+
-
6E =-
r
El primer dipolo puede aparecer a causa de, por ej.,una fluctuación térmica. Luego interacciona conotras moléculas de su entorno. Estas fuerzas están
presentes en todas las especies, mas allá de la carga o polaridad. Casos: I2 (s ) o N2 (l )
La parte atractiva delpotencial viene dada por
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V) INTERACCIÓN PUENTE DE HIDRÓGENO
Aparece cuando H, unido covalentemente a un átomo muy electronegativo, se hallaen presencia de otro átomo muy electronegativo. Es la FI de mayor fortaleza.
A—H · · ·A o A—H · · ·B donde A, B son N, O o F.
Puente H Van der Waals
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PUENTE DE HIDRÓGENO EN EL AGUA Y OTRAS SUSTANCIAS
Alrededor de en el sólido en el líquido
una molécula
Intermolecular Intramolecular
Acido acético
Acido salicílico
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Las interacciones ión-dipolo son más fuertes para los iones pequeños y concarga elevada; una consecuencia de ello es que los cationes con carga alta amenudo forman compuestos hidratados.
Las moléculas polares participan en las interacciones dipolo-dipolo, laatracción entre las cargas parciales de las moléculas. Las interacciones dipolo-dipolo son más débiles que las fuerzas entre iones y se reducen rápidamentecon la distancia, especialmente en las fases líquida y gaseosa, en las cualeslas moléculas rotan.
Las interacciones de London surgen de la atracción entre dipolos eléctricosinstántaneos en moléculas vecinas y actúan entre todo tipo de moléculas; sumagnitud crece con el número de electrones en la molécula y se suma acualquier interacción dipolo-dipolo. Las moléculas polares también atraen a lasmoléculas no polares por interacciones débiles dipolo-dipolo inducido.
El puente hidrógeno, que se forma cuando los átomos de hidrógeno se unen a
átomos de oxígeno, nitrógeno o flúor, es el tipo más fuerte de interacciónintermolecular.
Cuando aumentan las energías de interacción aumentan las propiedadesmacroscópicas (densidad, viscosidad, puntos de fusión y ebullición, etc.),excepto la presión de vapor que disminuye.
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PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Y FUERZAS
INTERMOLECULARES
Tensión superficial es la energía otrabajo necesario para aumentar elárea de la superficie de un líquido enuna unidad de área.
Por ejemplo: la tensión superficial delagua a 20 ºC es = 7,29 x 10-2 J/m2.
Viscosidad de un líquido es laresistencia a fluir.
1- fi = 0 2- fi 0 3- fi 0
En el caso 2, la superficie es la barrera contra la evaporación: la resultante de lasfuerzas apunta hacia el interior del líquido. En el caso 3 la resultante puede apuntar en
uno u otro sentido.
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Fuerzas de cohesión: son las fuerzas intermoleculares que hay entre moléculasde la misma sustancia, como los puentes de hidrógeno en las moléculas de agua.
Las fuerzas que entre moléculas de sustancias diferentes se llaman fuerzas de
adhesión.La tensión superficial surge del desequilibrio de fuerzas intermoleculares en lasuperficie del líquido. La acción capilar se debe al desequilibrio de las fuerzasadhesivas y cohesivas. Cuanto mayor es la viscosidad de un líquido, máslentamente fluye. La viscosidad en general disminuye con el aumento de latemperatura. Estas propiedades aumentan al aumentar las FI.
La tensión superficial se manifiestaen la mitad derecha de la placa,donde la “mojabilidad” se hadificultado mediante un recubrimientohidrofóbico.
La superficie del agua ofrecesuficiente resistencia al peso de uninsecto, como para que éste no sehunda al posarse.
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Ascenso capilarMenisco
Cóncavo ConvexoH2O ( = 0°) Hg ( > 0°)
Viscosidad
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VAPORIZACIÓN DE LOS LÍQUIDOS. PRESIÓN DE VAPOR
Líquido Vapor
Equilibrio dinámico: vvap = vcond
Vaporización
Condensación
Las situaciones de (a) y (b)
son ejemplos de no equilibrio.Éste se alcanza en el caso (c).
La presión de vapor, Pv, de una sustancia es la presión de vapor ejercida por suvapor cuando este está en equilibrio con la fase condensada.
Barómetro demercurio
Presión devapor del
líquido
Pvap independientedel Vlíq
Pvap independientedel Vgas
Pvap dependientede T
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PRESIÓN DE VAPOR Y PUNTO DE EBULLICIÓN
•La ebullición tiene lugar cuando la presión de vapor de un líquido es igual a la presiónatmosférica. Las fuerzas intermoleculares fuertes suelen conducir a puntos de ebullición
altos. El punto de ebullición normal, Teb, es la temperatura a la cual la presión de vaporde un líquido es 1 atm.
ECUACIÓN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON
ALn P=- +B
T
vap2
1 2 1
ΔHP 1 1Ln =- -
P R T T
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Punto de solidificaciónPunto de fusión
FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN
La temperatura de fusión, Tf
,
de un sólido es la misma a lacual el sólido se funde; supunto de fusión normal, Tfn, escuando funde a 1 atm.
DIAGRAMAS DE FASE
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Un diagrama de fase sintetiza las regionesde presión y temperatura a las cuales cadafase de una sustancia es más estable. Los
límites de fase muestran las condiciones enlas que dos fases pueden coexistir enequilibrio dinámico. En un punto triplecoexisten en equilibrio mutuo tres fases.
FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
La temperatura crítica…
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DIAGRAMA DE FASES DEL AGUA. POLIMORFISMO EN
LA FASE SÓLIDA
283 atm
238 K
P Q: el patinador