ESTADOS DE LA MATERIA

ESTADOS DE LA MATERIADra. Diana Chalco QuezadaFACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGIA

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ESTADOS DE LA MATERIAGRADO DE COHESIONDISTRIBUCION DE PARTICULASFASE O ESTADOAltoOrdenadoSlido cristalinoAltoDesordenadoSlido no cristalino (amorfo)IntermedioOrdenadoNo existeIntermedioDesordenadoLquidoBajoOrdenadoNo existeBajoDesordenadoGas

ESTADO GASEOSO

Es el ms sencillo de los tres estados.Hay ms estudios cientficos acerca de los gases que de los slidos o de los lquidos.Teora cintica: establece que el calor y el movimiento estn relacionados.Las partculas de toda la materia estn en movimiento hasta cierto punto, y el calor es una manifestacin de este movimiento.

ESTADO GASEOSOLa distancia entre las molculas es muy grande.No existen fuerzas de atraccin entre molculas.Las molculas se encuentran en un estado de movimiento rpido constante, chocando unas con otras y con las paredes del recipiente.Todas las colisiones moleculares son perfectamente elsticas.La energa cintica promedio por molculas de un gas es proporcional a la temperatura en Kelvin, y la energa cintica promedio por molcula de todos los gases es igual a la misma temperatura.

ESTADO GASEOSO

Expansin: Se expanden en forma indefinida y uniforme para llenar todo el espacio en el que se encuentran.Forma o volumen indefinido: su forma y volumen se ajusta al recipiente que los contiene.Compresibilidad: se comprimen en gran medida.Baja densidad: tienen densidades inferiores a las de los slidos y lquidos.Miscibilidad: se mezclan por completo entre s, de manera uniforme.

ESTADO GASEOSOLas condiciones de los gases dependen de cuatro factores:Presin: fuerza por unidad de rea. El impacto de las molculas sobre las paredes del recipiente es lo que origina la presin.Volumen: espacio ocupado por un cuerpoTemperatura: intensidad de calor de un cuerpo.Masa: nmero de moles Las leyes de los gases relacionan estas cuatro magnitudes entre s

GASES IDEALES Y REALESGases ideales: llamados tambin gases perfectos, son los que se ajustan a los supuestos bsicos de la teora cintica, es decir obedecen exactamente a las leyes de Boyle, Charles, etc.

Gases reales: son gases como el hidrgeno, oxgeno y nitrgeno que se comportan como gases ideales bajo condiciones moderadas de temperatura y presin, pero que se desvan de estas propiedades si la temperatura es muy baja o la presin muy alta.

LEY DE BOYLE - MARIOTTERelaciona la presin y el volumenCuando se comprimen los gases, stos ocupan un volumen menor y la presin del gas aumenta.La temperatura del aire afecta la relacin presin-volumen.A temperatura constante, el volumen de la masa de un gas es inversamente proporcional a la presin que ste ejerce. V~ 1/P (T y m constantes)

Al introducir una constante de proporcionalidad, nos permite igualar los gases de acuerdo a las condiciones iniciales y finales: V= K x 1/P o PV = K PV = K = PV

LEY DE CHARLESRelacin entre volumen y temperatura.Al calentar una masa de un gas, su volumen aumenta, y disminuye cuando la temperatura baja.A presin constante, el volumen de una cantidad determinada de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

V ~ T (P y m constantes) V = KT V/T = V/T

ESCALA ABSOLUTAThomson, propuso la escala de temperatura absoluta, o escala Kelvin.Tiene como punto de partida el cero absoluto, que corresponde a -273C, y el cero centgrado es igual a 273K. K = 273 + C

LEY DE GAY- LUSSAC - Relaciona la presin y la temperatura.A volumen constante, la presin que ejerce una muestra especfica de gas vara, en razn directa de su temperatura absoluta. P ~ T (V y m constantes) P = KT P/T = P/T

LEY COMBINADA DE LOS GASESLa ley de Boyle y Charles pueden combinarse en una sola ley.Boyle: V ~ 1/PCharles: V ~ TEntonces: V ~ T/PV = KT/P o PV/T = KPV/T = PV/TPVT = PVT

LEY DE AVOGADRO- El volumen de un gas es directamente proporcional al nmero de moles del gas, cuando la presin y la temperatura se mantienen constantes.Bajo condiciones normales de presin y temperatura (273K y 1 atm), 1 mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 L V ~ n V = Kn (P y T constantes)V/n = V/n

ECUACION GENERAL DE LOS GASESLey de Boyle: V ~ 1/P (constante n y T)Ley de Charles: V ~ T (constante n y P)Ley de Avogadro: V ~ n (constante P y T)

La relacin sera: V ~ nT/P

Si R es la constante de proporcionalidad, sera: V = R x nT/P

PV = nRT (ecuacion de gas ideal) R es una constante universal de los gases = 0,082atm L/mol K

LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALESSe aplica en mezcla de gases.La presin total de la mezcla Pt, es igual a la suma de las presiones parciales.Presin parcial: presin que ejerce cada gas como si se encontrara solo.P total = P + P + P + Para calcular la presin gas seco: Pgas= Ptotal Pvapor de agua- En una mezcla gaseosa cada uno de los gases obedece la ecuacion del gas ideal

TEORIA CINETICA MOLECULARMovimiento de las molculas.Gases: rpido movimiento, en todas direcciones. Las mol. estn muy alejadas entre s, si se calienta adquieren mayor energa.Lquidos: los espacios intermol. son ms reducidos. La fuerza cintica es menor.Slidos: predomina la fuerza de cohesin molecular, los espacios son muy pequeos, apenas tienen movimiento.

LEY DE GRAHAM: DIFUSION DE LOS GASESDifusin: proceso de dispersin de una sustancia dentro de un espacio.Los gases se difunden con facilidad, pero no todos lo hacen a la misma velocidad.La velocidad de difusin de los gases es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su densidad.

GASES REALESPresentan ciertas desviaciones del comportamiento ideal. Depende de:Fuerzas de atraccin intermolecular: la presencia de fuerzas intermoleculares (de Van der Waals), hacen que el volumen real de un gas sea menor, siendo esta diferencia mayor mientras menor sea la temperatura.Volumen molecular: las molculas poseen un volumen finito y experimentan fuerzas de atraccin entre s al chocar.

ESTADO LIQUIDO

Las molculas estn muy cerca unas de otras.Fuerzas de atraccin intermoleculares son mayores que en los gases.Se pueden mover, producen el fluido.No presentan forma definida, se adaptan a la forma del recipiente.Su volumen no cambia con el aumento de la presin externa.

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PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

VISCOSIDAD: medida de la resistencia de un lquido a fluir. Se mide en poise. > atraccin entre partculas > viscosidad > temperatura < viscosidadTENSION SUPERFICIAL: es la tendencia de las molculas de un lquido para ser atradas por las molculas del interior del mismo, de forma que la energa potencial de la superficie es mnima. > fuerza intermolecular > tensin superficial > temperatura < tensin superficial

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

CAPILARIDAD: Ascenso espontneo de lquidos por tubos muy angostos. - Fuerzas de cohesin: f. intermol. entre molculas semejantes.Fuerzas de adhesin: f. intermol. que unen una sustancia a una superficie.Los lquidos ascienden cuando la fuerza de adhesin es superior a la de cohesin.

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

VAPORIZACION Y CONDENSACION.Vaporizacin: las molculas de la superficie de un lquido adquieren la suficiente energa cintica para pasar a la fase gaseosa. Volatilidad: propiedad para vaporizarse a una determinada temperatura.Condensacin: las molculas de vapor chocan contra la superficie del lquido, son capturadas y regresan al estado lquido.Equilibrio dinmico: evaporacin y condensacin se dan simultneamente y a la misma velocidad.

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS PRESION DE VAPOR: Es la presin ejercida por el vapor, cuando se da el equilibrio dinmico. > temperatura > presin de vapor Sustancias con p.v. elevada se evaporan ms rpido (ms voltiles). PUNTO DE EBULLICION: es la temperatura a la cual la presin de vapor aumenta hasta que llega a ser igual a la presin atmosfrica. > presin > temperatura de ebullicin > altitud < presin atmosfrica

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOSDENSIDAD: Es la relacin entre la masa contenida en un volumen determinado.La densidad de los lquidos es mayor que de los gases, a igual presin y temperatura.La densidad de los lquidos es menor a la de los slidos.La densidad depende en forma directa del peso molecular.

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

DESTILACION: Consiste en el calentamiento de un lquido hasta el punto de ebullicin y el enfriamiento de los vapores en un condensador.Sirve para la purificacin de un lquido.

SOLUCIONESDEFINICION: Es una mezcla homognea de dos o ms componentes.CARACTERISTICAS:pticamente homognea.Formada por dos ms sustancias: solvente (en mayor cantidad) y soluto (sust. dispersas).Los solventes y los solutos pueden ser lquidos, slidos o gases. Pueden existir soluciones gaseosas y slidas.

SOLUCIONESLa atraccin de las molculas del disolvente hacia las molculas del slido es mayor que la atraccin de las molculas slidas entre s.La interaccin de las molculas, tomos o iones del soluto, con las molculas del disolvente, se llama solvatacin.Si el disolvente es agua, recibe el nombre de hidratacin.

COMPONENTES DE UNA SOLUCIONSoluto: disperso o fase interna, interviene en menor cantidad.Solvente: dispersante o fase externa, interviene en mayor cantidad.Tanto el soluto como el solvente pueden encontrarse en los tres estados fsicos.Existen soluciones gaseosas, lquidas y slidas.

CLASES DE SOLUCIONESCLASESOLUTODISOLVENTESOLUCIONEJEMPLOGASEOSASGASLIQUIDOSOLIDOGASGASGASGASGASGASO en N (aire)NeblinaPolvillo atm.LIQUIDASGASLIQUIDOSOLIDOLIQUIDOLIQUIDOLIQUIDOLIQUIDOLIQUIDOLIQUIDOCO en aguaAgua-alcoholAzcar-agua

SOLIDASGASLIQUIDOSOLIDOSOLIDOSOLIDOSOLIDOSOLIDOSOLIDOSOLIDOHidrog-paladioHg CuNi - Ag

PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES1.- La concentracin del soluto es variable.2.- No es posible establecer diferencias entre el soluto y el solvente.3.-La composicin qumica del soluto no se altera cuando se usa solvente inerte.4.- Las propiedades fsicas de una solucin son diferentes a las del solvente puro.

CLASES DE SOLVENTES

INERTES: no alteran la naturaleza del soluto. (agua, alcohol, ter, cloroformo).

DE REACCION: alteran la composicin qumica del soluto. (HCL ,NaOH, HNO)

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SOLUBILIDAD Y LA VELOCIDAD DE DISOLUCION

a.- Naturaleza del soluto. b.- Temperatura. c.- Presin. d.- Agitacin. e.- Tamao de las partculas de soluto.

NATURALEZA DEL SOLVENTE Y DEL SOLUTOConsidera la clase de enlace qumico que une a los tomos de soluto y solvente.Los enlaces pueden ser electrovalentes (sustancias polares) y covalentes (sustancias no polares).Existe solubilidad entre sustancias polares y entre no polares, pero no entre polares y no polares. H - OH (polar) C Cl C (no polar) agua tetracloruro de carbono

TEMPERATURA y PRESION TEMPERATURACuando se eleva la temperatura, aumenta la solubilidad.En las soluciones de gases o lquidos voltiles, cuando sube la temperatura disminuye la solubilidad, por la fugacidad de las molculas. PRESIONNo tiene mayor influencia en la solubilidad de slidos en lquidos, y de lquidos en lquidos, pero s de gas en lquido.El peso de un gas disuelto en un lquido es directamente proporcional a la presin, a igual temp.

VELOCIDAD DE AGITACIONLa agitacin incrementa la velocidad de disolucin. Incrementa el contacto directo entre las partculas de soluto no disueltas y las molculas del disolvente que an no se unen a las partculas de soluto.

TAMAO DE LA PARTICULALas partculas ms pequeas de soluto tienen una mayor superficie total expuesta al disolvente, y por tanto se disuelven ms rpidamente que las partculas grandes.

CLASIFICACION POR EL DIAMETRO DE LA PARTICULADISPERSIONES MACROSCOPICAS: Dispersiones groseras, heterogneas. La fase dispersa se observa a simple vista (> 50 micras).DISPERSIONES FINAS: El soluto no es visible a simple vista (50 0.1 micras), visibles al microscopio comn, heterogneas. Suspensiones y emulsiones.DISPERSIONES COLOIDALES: No son visibles a simple vista (0.1-0.001 micras) ni al microscopio ordinario, pero si al ultramicroscopio.

SOLUCIONES VERDADERASEl dimetro de la partcula es menor que una milsima de micra, invisibles.IONICAS: Las partculas disueltas son iones, por lo que dejan pasar la corriente elctrica.MOLECULARES: Las partculas son molculas.

CLASIFICACION POR LA CONCENTRACIONCONCENTRACION: cantidad de soluto disuelto.- SOLUCIONES DILUIDAS: Pequea cantidad de soluto, muchos espacios intermol. libres.SOLUCIONES CONCENTRADAS: Mayor cantidad de soluto, algunos espacios libres.SOLUCIONES SATURADAS: el solvente no admite ms soluto, ya que todos los espacios intermol. estn ocupados.SOLUCIONES SOBRESATURADAS: Partiendo de una saturada, mediante calentamiento y agitacin, se disuelve un poco ms de soluto.

UNIDADES DE CONCENTRACIONFISICAS:Relacin % masa masaRelacin %masa volumenRelacin %volumen volumenPartes por milln (ppm)QUIMICAS:Molaridad (M)Molalidad (m)Normalidad (N)Fraccin molar (X)

UNIDADES FISICAS DE CONCENTRACIONPorcentaje masa-masa: gramos de soluto en 100 gramos de solucin.Porcentaje masa-volumen: gramos de soluto en 100 ml de solucin.Porcentaje volumen-volumen: nmero de ml de soluto en 100 ml de solucin.Partes por milln: partes del soluto en un milln de partes de solucin.

SOLUCIONES PORCENTUALES

% Masa = g soluto / g solucin x 100

UNIDADES QUIMICAS DE CONCENTRACIONMOLARIDAD (M): es el nmero de moles de soluto por litro de solucin. Nmero de moles de soluto M = ---------------------------------------- V (1 L solucin)

n = P/Pm P=peso g de soluto Pm= peso mol.soluto

UNIDADES QUIMICAS DE CONCENTRACIONMOLALIDAD (m): nmero de moles de soluto contenidos en un kilogramo de solvente. nmero de moles de soluto m = ----------------------------------------- kilogramo de solvente

UNIDADES QUIMICAS DE CONCENTRACIONNORMALIDAD (N): nmero de equivalentes qumico o gramo, contenidos en un litro de solucin. equivalente qumico N = ---------------------------------- 1 litro de solucin

Equivalente gramo = Pm/valencia

UNIDADES QUIMICAS DE CONCENTRACIONFRACCION MOLAR:

moles de soluto o moles de disolvente X= ___________________________________ moles soluto + moles de disolvente

Xs + Xd = 1

DILUCION DE SOLUCIONESDILUCION: Es adicionar agua a una solucin de concentracin conocida para obtener una solucin de menor concentracin.La concentracin puede expresarse en normalidad o molaridad.El volumen puede expresarse en litros o mililitros.La ecuacin general es: CV = CV Concent. Mayor/ concent.menor = volum aforo/ volum.alicuota

PROPIEDADES COLIGATIVASSon aquellas propiedades de una disolucin que dependen nicamente de la concentracin. Es decir de la cantidad de partculas de soluto, y no de la composicin qumica ni del tamao del soluto.Son: descenso de la presin de vapor, descenso crioscpico, aumento del punto de ebullicin, presin osmtica.

DESCENSO DE LA PRESION DE VAPORCuando se prepara una solucin con un solvente voltil y un soluto no voltil y se mide su presin de vapor, al compararla con la presin de vapor del solvente puro, se observa que la presin de vapor de la solucin es menor que la del solvente. Esto es consecuencia del soluto no voltil.Cuanto ms soluto aadimos, menor es la presin de vapor.

DESCENSO CRIOSCOPICOEl soluto obstaculiza la formacin de cristales slidos.Para enfriar algo rpidamente se hace una mezcla de hielo con sal. La mezcla formada ser mucho ms efectiva para enfriar que los cubos de hielo slidos.El agua se congelar a partir de los 0C, mientras que una solucin de agua y sal se congelar a menor temperatura.

AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICINLa temperatura de ebullicin de un lquido es aquella a la cual su presin de vapor iguala a la atmosfrica.A presin externa de 1 atm. el agua hierve a 100C, mientras que una solucin acuosa hierve a una temperatura mayor; es decir que el punto de ebullicin de la solucin es mayor que el del solvente puro, a una misma presin externa.

PRESION OSMOTICALa smosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor concentracin hacia zonas de mayor concentracin de soluto, cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable.El efecto puede pensarse como una tendencia de los solventes a diluir.

ESTADO SOLIDOSon los cuerpos en los que la fuerza de cohesin molecular es mucho mayor que la fuerza de repulsin. Las fuerzas de atraccin intermoleculares mantienen juntas a las molculas, ocupando posiciones fijas, por lo que no se comprimen.

CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOSNo se expanden (a temperatura constante)Forma definida: no fluyen.Conservan su volumen.Incompresibles.Alta densidad.Miscibilidad: Se mezclan con mucha lentitud.

PROPIEDADES DE LOS SOLIDOSRigidez: forma definida.Dureza: resistencia a ser rayados.Resistencia tensil: capacidad de resistir los tirones sin romperse.Elasticidad: capacidad de volver a las dimensiones primitivas.Solidez: capacidad del slido para absorber energa hasta romperse.Volumen constante: estn unidos por fuertes fuerzas de atraccin.No se difunden.

CLASIFICACION DE LOS CUERPOS SOLIDOSSOLIDOS AMORFOS: No posee una forma externa definida, ni distribucin ordenada de las molculas en su estructura interna. Ejm: vidrio, parafina, plsticos. La intensidad de las fuerzas intermoleculares es variable, por lo que no funden a una temperatura especfica, sino se reblandecen dentro de cierto intervalo de temperatura.

SOLIDO AMORFO

CLASIFICACION DE LOS CUERPOS SOLIDOSSOLIDOS CRISTALINOS: Presentan una forma externa definida y una distribucin molecular regular y perfectamente distribuida. Se pueden identificar porque:Se presentan en cristales definidos, visibles.Se funden a temperaturas definidas.Pueden romperse ms facilmente en unas direcciones que en otras.Ejm: cloruro de sodio, diamante.

SOLIDOS CRISTALINOS

Modelo cintico molecularLos slidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partculas que los forman estn unidas por unas fuerzas de atraccin grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.En el estado slido las partculas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladndose libremente a lo largo del slido.