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FASES CONDENSADASFASES CONDENSADASFASES CONDENSADASFASES CONDENSADAS

Basado en el trabajo del Prof. Víctor BatistaBasado en el trabajo del Prof. Víctor Batista

Universidad de YaleUniversidad de Yale

Basado en el trabajo del Prof. Víctor BatistaBasado en el trabajo del Prof. Víctor Batista

Universidad de YaleUniversidad de Yale

2LíquidoLíquidoss

Las moléculas en las interfases se comportan en forma diferente que en Las moléculas en las interfases se comportan en forma diferente que en el interior de la muestra.el interior de la muestra.

-Las moléculas en la superficie experimentan una -Las moléculas en la superficie experimentan una

fuerza de atracción neta desde el interior.fuerza de atracción neta desde el interior. -Esto genera la -Esto genera la TENSIÓN SUPERFICIALTENSIÓN SUPERFICIAL: La energía : La energía necesaria para romper la superficie.necesaria para romper la superficie.

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Tensión Tensión superficialsuperficial

LaLa TENSIÓN SUPERFICIAL TENSIÓN SUPERFICIAL determina la formación de determina la formación de gotas esféricas (la forma con superficie mínima para gotas esféricas (la forma con superficie mínima para un volumen dado).un volumen dado).

LaLa TENSIÓN SUPERFICIAL TENSIÓN SUPERFICIAL determina la formación de determina la formación de gotas esféricas (la forma con superficie mínima para gotas esféricas (la forma con superficie mínima para un volumen dado).un volumen dado).

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Las fuerzas intermoleculares determinan el fenómeno Las fuerzas intermoleculares determinan el fenómeno de la de la CAPILARIDADCAPILARIDAD y la formación de un menisco y la formación de un menisco cóncavo para el agua en un tubo de ensayocóncavo para el agua en un tubo de ensayo

meniscocóncavo

Fuerzas de adhesión:entre el agua y el vidrio (por los enlaces polares Si-O)Fuerzas de cohesión:entre moléculas de agua

LíquidoLíquidoss

H2O

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CapilaridadCapilaridad

El ascenso del agua por una tira de papel El ascenso del agua por una tira de papel depende de la formación de puentes de H entre depende de la formación de puentes de H entre HH22O y los grupos OH de la celulosa en el papelO y los grupos OH de la celulosa en el papel

Fuerzas de cohesión vs. Fuerza gravitatoriaFuerzas de cohesión vs. Fuerza gravitatoria

El fenómeno de la capilaridad permite explicar diversos fenómenos (ascenso del agua en las plantas, cromatografía, etc)

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Una gran tensión superficial -debida a una mayor fuerza de Una gran tensión superficial -debida a una mayor fuerza de cohesión entre las moléculas del líquido que de adhesión cohesión entre las moléculas del líquido que de adhesión entre éste y el recipiente- es la causa del entre éste y el recipiente- es la causa del menisco convexomenisco convexo de una columna de mercurio en un tubo de vidrio.de una columna de mercurio en un tubo de vidrio.

meniscoconvexo

Fuerzas de adhesiónEntre el Hg y el vidrio

(por los enlaces polares Si-O)

Fuerzas de cohesiónEntre átomos de mercurio

Hg

LíquidoLíquidoss

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ViscosidadViscosidadVISCOSIDAD es una medida de la resistencia de los líquidos

a fluir.

Etanol Glicerol

La resistencia a fluir es el resultado de varios factores que incluyen interacciones electromagnéticas, tamaño y forma moleculares

¿La viscosidad del glicerol será mayor o menor que la del etanol?

8Sólidos Iónicos y Sólidos Iónicos y MetálicosMetálicos

Sólidos Iónicos y Sólidos Iónicos y MetálicosMetálicos

La química del estado sólido es una de las áreas de punta liderando el campo del desarrollo de nuevos materiales

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Tipos de SólidosTipos de Sólidos

TipoTipo Composición Composición Fuerzas de Fuerzas de uniónunión

Iónico Iónico NaCl, CaFNaCl, CaF22, ZnS, ZnS Ión-iónIón-ión

MetáicoMetáico Na, FeNa, Fe MetálicoMetálico

MolecularMolecular hielo, Ihielo, I22 Dipolo - dipoloDipolo - dipolo

LondonLondon

CovalenteCovalente DiamanteDiamante CovalenteCovalenteGrafitoGrafito

AmorfoAmorfo

(microcristalino)(microcristalino)

Vidrio, polietilenoVidrio, polietileno Red covalente.Red covalente.rango de rango de regularidadregularidadlimitadolimitado

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Redes cristalinasRedes cristalinas

DIAMANTEDIAMANTE

GRAFITOGRAFITO

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Comparemos el diamante con el silicioComparemos el diamante con el silicio

Redes cristalinasRedes cristalinas

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Propiedades de los Propiedades de los sólidossólidos

1. Moléculas, átomos o iones fijos 1. Moléculas, átomos o iones fijos

en una en una RED CRISTALINARED CRISTALINA2. Partículas “empaquetadas”2. Partículas “empaquetadas”

3. Fuerzas electrostáticas 3. Fuerzas electrostáticas

4.4. Muy ordenado, rígido, Muy ordenado, rígido, incompresibleincompresible

5.5. No hay traslación (sólo vibración No hay traslación (sólo vibración y rotación en los nodos de la red y rotación en los nodos de la red cristalina) cristalina)

ZnS: sulfuro de cincZnS: sulfuro de cinc

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Redes CristalinasRedes Cristalinas• Arreglo regular tridimensional de los nodos de la redArreglo regular tridimensional de los nodos de la red• Los nodos de la red definen la Los nodos de la red definen la celda unidad:celda unidad:

La más pequeña estructura repetitiva que posee la La más pequeña estructura repetitiva que posee la simetría característica del sólidosimetría característica del sólido

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Celdas unitarias Celdas unitarias cúbicascúbicas

Todos los ángulosson de 90 grados

Todas las aristasiguales

Existen 7 sistemas cristalinos básicos, pero Existen 7 sistemas cristalinos básicos, pero sólo nos ocuparemos del sistemasólo nos ocuparemos del sistema

CÚBICOCÚBICO..

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Celdas cúbicas en Celdas cúbicas en metalesmetales

Cúbico simpleCúbico simple

Cúbico de Cúbico de cuerpo cuerpo centradocentrado

Cúbico de Cúbico de cara cara centradacentrada

1 átomo/celda unitaria

2 átomos/celda unitaria

4 átomos/celda unitaria

16Celdas cúbicas en Celdas cúbicas en metalesmetales

17Empaquetamiento atómico Empaquetamiento atómico en celdas unitariasen celdas unitarias

Asumimos que los cristales son esferas rígidas y que los Asumimos que los cristales son esferas rígidas y que los cristales se construyen mediante el mejor cristales se construyen mediante el mejor empaquetamientoempaquetamiento posible de tales esferas. posible de tales esferas.

18N° de átomos por celda N° de átomos por celda unitariaunitaria

Tipo de celda cúbicaTipo de celda cúbica N° de átomos en la redN° de átomos en la red

SimpleSimple

Cuerpo centradoCuerpo centrado

Cara centradaCara centrada

112244

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Átomos compartidos en Átomos compartidos en caras y esquinas de un caras y esquinas de un

cubocubo

a)En una esquina --> 1/8 átomo dentro de la celda

b)En una cara --> ½ átomo dentro de la celda

20Compuestos iónicos Compuestos iónicos simplessimples

CsCl presenta una red cúbica simple CsCl presenta una red cúbica simple de cationes Csde cationes Cs++ con un anión Cl con un anión Cl-- en en el centroel centro

La celda tiene un anión ClLa celda tiene un anión Cl-- en en exceso. exceso.

(8 esquinas)(1/8 Cs(8 esquinas)(1/8 Cs++ por esquina) por esquina)

= 1 catión Cs= 1 catión Cs++ neto neto

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Las sales con Las sales con fórmula MX pueden fórmula MX pueden tener celdas cúbicas tener celdas cúbicas simples, pero no las simples, pero no las sales con fórmula sales con fórmula MXMX22 o M o M22XX

Compuestos iónicos Compuestos iónicos simplessimples

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Dos imágenes para la Dos imágenes para la celda unitaria del CsClcelda unitaria del CsCl

Cada ordenamiento conduce a 1 Cs+ y 1 Cl- por celda unitaria

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NaClNaCl

Red cúbica centrada de Cl- con Na+ en los huecos

NaNa++ en en agujeros agujeros octaédricosoctaédricos

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Muchas sales comunes tienen celdas cúbicas de Muchas sales comunes tienen celdas cúbicas de cuerpo centrado de aniones con cationes cuerpo centrado de aniones con cationes localizados en localizados en AGUJEROS OCTAÉDRICOSAGUJEROS OCTAÉDRICOS , , por ej: NaClpor ej: NaCl

•• Red Cúbica de Cara Centrada de aniones Red Cúbica de Cara Centrada de aniones ------> > 4 A4 A-- por celda por celda

•• CC++ en agujeros octaédricos ---> en agujeros octaédricos --->

1 C1 C++ + [12 aristas • 1/4 C + [12 aristas • 1/4 C++ por arista]= por arista]= 4 C4 C++ por celda por celda

La red del La red del NaClNaCl

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NaCl y CsClNaCl y CsCl

• Pese a la similitud en sus fórmulas el CsCl y el NaCl forman redes diferentes.

• Esto se debe al hecho de que el Cs+ tiene un tamaño mucho mayor que el Na+.

26Diagramas de fasesDiagramas de fases

Las líneas conectan puntos de coordenadas Las líneas conectan puntos de coordenadas T y PT y P donde donde existe un existe un EQUILIBRIO entre las fasesEQUILIBRIO entre las fases representadas a representadas a cada lado de la línea.cada lado de la línea.

27Equilibrio de fases en el Equilibrio de fases en el

aguaaguaSólido-líquidoSólido-líquido

Gas-LíquidoGas-Líquido

Gas-SólidoGas-Sólido

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T(˚C)T(˚C) P(mmHg)P(mmHg)

De ebullición normal De ebullición normal 100100 760760

De fusión normalDe fusión normal 00 760760

Triple Triple 0.00980.0098 4.58 4.58

Equilibrio de Equilibrio de fases en el aguafases en el agua

(puntos (puntos importantes)importantes)

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Equilibrio Sólido-LíquidoEquilibrio Sólido-LíquidoSi a un sistema le aumentamos la P la Si a un sistema le aumentamos la P la DENSIDADDENSIDAD aumenta. aumenta.

Por lo tanto, un aumento en P favorecerá la fase con Por lo tanto, un aumento en P favorecerá la fase con

densidad más alta (o con densidad más alta (o con menormenor relación V/m).relación V/m).

HH22O líquidaO líquida HH22O sólidaO sólida

DensidadDensidad 1 g/cm1 g/cm33 0.917 g/cm0.917 g/cm33

V/mV/m 11 1.091.09

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- Aumentar P a T - Aumentar P a T constante hace que el constante hace que el hielo fundahielo funda

-La pendiente negativa de -La pendiente negativa de la línea Sólido - Líquido la línea Sólido - Líquido es única para el Hes única para el H22O. O.

Casi todas las demás Casi todas las demás sustancias presentan una sustancias presentan una pendiente positivapendiente positiva

SolidH2O

LiquidH2O

P

T

760mmHg

0 ÞC

Normalfreezingpoint

Equilibrio Sólido-LíquidoEquilibrio Sólido-Líquido

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Equilibrio Sólido-VaporEquilibrio Sólido-Vapor

A P < 4.58 Torr y T < 0.0098 ˚C, el HA P < 4.58 Torr y T < 0.0098 ˚C, el H22O sólida pasa O sólida pasa

directamente a vapor. Este proceso es llamado directamente a vapor. Este proceso es llamado

SUBLIMACIÓNSUBLIMACIÓN

En este fenómeno se basa el funcionamiento de los En este fenómeno se basa el funcionamiento de los refrigeradores de “frío seco”refrigeradores de “frío seco”

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TRADUCCIÓN Y ADECUACIÓNTRADUCCIÓN Y ADECUACIÓNTRADUCCIÓN Y ADECUACIÓNTRADUCCIÓN Y ADECUACIÓN