Presentacin A continuacin presentamos un conjunto de definiciones sobre los diferentes estados de la materia, estos son:

Gases

Lquidos

Slidos

Desarrollando los conceptos bsicos, y las leyes que se aplican en la qumica, para su estudio y experimentacin.Este Modulo, presenta cada tema, en una unidad diferente, reseando los puntos a estudiar, objetivo general de la unidad, imgenes, ejemplos, ejercicios propuestos. Al final del Modulo encontraras la bibliografa utilizada para la elaboracin del modulo.

Encontraras una serie de iconos para resaltar ciertos Tpicos como: Indica Una Definicin Indica ejemplos Indica un Comentario Indica ampliacin del contenido

Indican Ejercicios Propuestos

Todo esto con la finalidad de ver el modulo con una apariencia ms agradable y que facilite la adquisicin de nuevos conocimientos para los usuarios.

AMIGO USUARIO, EXITOS!

PRESENTACIN La atmsfera terrestre es propicia a la vida por su composicin mayoritaria en oxgeno, sin embargo en ambientes industriales el uso de atmsfera de gas inerte como el helio o el nitrgeno se usa para fines de prevencin de oxidacin o de reaccin de sustancias contenidas en equipos de envasado. Es por ello que en este modulo, perteneciente a la asignatura Qumica I, se incluye la unidad del estudio de la materia en estado gaseoso.

1.1 Estados de la materia y su naturaleza: Gases, lquidos y slidos. La materia se nos presenta en muchas fases o estados, todos con propiedades y caractersticas diferentes, y aunque los ms conocidos y observables cotidianamente son tres: Fase Slida, Fase Lquida, Fase Gaseosa; Otros estados son observables en condiciones extremas de presin y temperatura. En Fsica y qumica se observa que, para cualquier cuerpo o estado material, modificando las condiciones de temperatura y/o presin, pueden obtenerse distintos estados o fases de agregacin, denominados estados de agregacin de la materia, relacionadas con las fuerzas de unin de las partculas (molculas, tomos o iones) que constituyen la materia.

* SlidoManteniendo constante la presin, a baja temperatura, los cuerpos se presentan en forma slida y precisa, los tomos se encuentran entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformacin aparente. Son, por tanto, agregados generalmente como duros y resistentes. En el slido hay que destacar que las Fuerzas de Atraccin son mayores que las Fuerzas de Repulsin y que la presencia de pequeos espacios intermoleculares caracterizan a los slidos dando paso a la intervencin de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geomtrica.Estos tpicos sern desarrollados en la unidad III

* LquidoSi se incrementa la temperatura el slido va "descomponindose" hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado lquido. Caracterstica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, an existe cierta unin entre los tomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los slidos. El estado lquido presenta las siguientes caractersticas: Cohesin menor (regular) Movimiento energa cintica. No poseen forma definida. Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. En el fro se comprime, excepto el agua. Posee fluidez a travs de pequeos orificios. Puede presentar difusin. No tienen forma fija pero si volumen. la variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy especficas son caractersticas de los lquidos. Estos tpicos sern desarrollados en la unidad II

* GaseosoIncrementando an ms la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Los tomos o molculas del gas se encuentran virtualmente libres de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.

El estado gaseoso presenta las siguientes caractersticas: Cohesin casi nula. Sin forma definida. Su volumen solo existe en recipientes que lo contengan. Pueden comprimirse fcilmente. Ejercen presin sobre las paredes del recipiente contenedor. Las molculas que lo componen se mueven con libertad. Ejercen movimiento ultra dinmico.Estos tpicos sern profundizados en el desarrollo de esta unidad

1.2 Presin AtmosfricaLa presin atmosfrica es la presin ejercida por el peso del aire en cualquier punto de la atmsfera. Normalmente se refiere a la presin atmosfrica terrestre, pero el trmino es extensible a la atmsfera de cualquier planeta o satlite. La atmsfera en la Tierra tiene una presin media de 1013.25 hectopascales (hPa) (o milibares (mbar)) al nivel del mar, medido en latitud 45. La medida de presin del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el newton sobre metro cuadrado (N/m) o Pascal (Pa). La presin atmosfrica a nivel del mar en unidades internacionales es 101325 N/m Pa. Cuando el aire est fro, ste desciende, haciendo aumentar la presin y provocando estabilidad. Se forma, entonces, un anticicln trmico. Cuando el aire est caliente, asciende, haciendo bajar la presin y provocando inestabilidad. Se forma entonces un cicln o borrasca trmica. Adems, el aire fro y el clido tienden a no mezclarse, debido a la diferencia de densidad, y cuando se encuentran en superficie, el aire fro empuja hacia arriba al aire caliente provocando un descenso de la presin e inestabilidad, por causas dinmicas. Se forma entonces un cicln, o borrasca dinmica. Esta zona de contacto es la que se conoce como frente. Cuando el aire fro y el clido se encuentran en altura, descienden en convergencia dinmica, haciendo aumentar la presin y provocando estabilidad, y el consiguiente aumento de la temperatura. Se forma, entonces un anticicln dinmico.

Presin Manomtrica Son normalmente las presiones superiores a la atmosfrica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presin que es desconocida y la presin atmosfrica que existe, si el valor absoluto de la presin es constante y la presin atmosfrica aumenta, la presin manomtrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequea mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presin puede abstenerse adicionando el valor real de la presin atmosfrica a la lectura del manmetro. La presin puede obtenerse adicionando el valor real de la presin atmosfrica a la lectura del manmetro. Presin Absoluta = Presin Manomtrica + Presin Atmosfrica.

LEYES DE LOS GASESExisten diversas leyes que relacionan la presin, el volumen y la temperatura de un gas.

Ley de BoyleFue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte tambin lleg a la misma conclusin que Boyle, pero no public sus trabajos hasta 1676. Esta es la razn por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte. La ley de Boyle establece que la presin de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.Por qu ocurre esto? Al aumentar el volumen, las partculas (tomos o molculas) del gas tardan ms en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presin ser menor ya que sta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partculas es menor y por tanto se producen ms choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presin. Lo que Boyle descubri es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presin por el volumen siempre tiene el mismo valor. Como hemos visto, la expresin matemtica de esta ley es:

(el producto de la presin por el volumen es constante) Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presin P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presin cambiar a P2, y se cumplir:

que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

Ejemplos: 4.0 L de un gas estn a 600.0 mmHg de presin. Cul ser su nuevo volumen si aumentamos la presin hasta 800.0 mmHg? Solucin: Sustituimos los valores en la ecuacin P1V1 = P2V2. (600.0 mmHg) (4.0 L) =(800.0 mmHg) (V2) Si despejas V2 obtendrs un valor para el nuevo volumen de 3L. 5.0 L de un gas estn a 100.0 mmHg de presin. Cul ser su nuevo volumen si aumentamos la presin hasta 900.0 mmHg? Solucin: Sustituimos los valores en la ecuacin P1V1 = P2V2. (100.0 mmHg) (5.0 L) =(900.0 mmHg) (V2) Si despejas V2 obtendrs un valor para el nuevo volumen de 0.56L.

Ley de Charles En 1787, Jack Charles estudi por primera vez la relacin entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presin constante y observ que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas tambin aumentaba y que al enfriar el volumen disminua.Por qu ocurre esto? Cuando aumentamos la temperatura del gas las molculas se mueven con ms rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el nmero de choques por unidad de tiempo ser mayor. Es decir se producir un aumento (por un instante) de la presin en el interior del recipiente y aumentar el volumen (el mbolo se desplazar hacia arriba hasta que la presin se iguale con la exterior). Lo que Charles descubri es que si la cantidad de gas y la presin permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor. Matemticamente podemos expresarlo as:

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante) Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiar a T2, y se cumplir:que es otra manera de expresar la ley de Charles. Esta ley se descubre casi ciento cuarenta aos despus de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunci se encontr con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que an no exista la escala absoluta de temperatura.

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 C. Cul ser su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 C?

Solucin: Primero expresamos la temperatura en kelvin:T1 = (25 + 273) K= 298 K T2 = (10 + 273 ) K= 283 K Ahora sustituimos los datos en la ecuacin: 2.5L V2 298 K 283 K despejas V2 obtendrs un valor para el nuevo volumen de 2.37 L. Kelvin: Co + 273K

Ley combinada de los gasesLas relaciones entre la presin, el volumen y la temperatura deducidas empricamente en la ley de Boyle y la primera y la segunda ley de Gay-Lussac, pueden combinarse matemticamente. La expresin resultante se denomina ley combinada de los gases. Para una determinada masa de gas, tenemos: Donde el subndice 1 corresponde a las condiciones iniciales del gas y el subndice 2 a las condiciones finales del gas. Esta ecuacin se puede aplicar para cualquier cambio en las variables p, V y T que experimente una misma masa de un gas. Recuerda que la temperatura se expresa en la escala Kelvin. Si conocemos cinco cualquiera de las cantidades de la ecuacin la sexta puede calcularse despejndola de la ecuacin.

Dados 20 dm3 de oxgeno a 25 C y 760 mmHg de presin, determina su volumen a 100 C y 800 mmHg de presin.Condiciones iniciales P1=760 mmHg V1=20 dm3 T1=298K = Condiciones finales p2=800 mmHg V2? T2= 373K = =

760.20 298

800.V2 373

V2

760.20.373 298.800

V2 = 17.4 dm3

Ley combinada de los gasesFue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800. Establece la relacin entre la temperatura y la presin de un gas cuando el volumen es constante. Por qu ocurre esto? Al aumentar la temperatura las molculas del gas se mueven ms rpidamente y por tanto aumenta el nmero de choques contra las paredes, es decir aumenta la presin ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac descubri que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presin y la temperatura siempre tena el mismo valor:

(el cociente entre la presin y la temperatura es constante) Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presin P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presin cambiar a P2, y se cumplir:

que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac. Esta ley, al igual que la de Charles, est expresada en funcin de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

Cierto volumen de un gas se encuentra a una presin de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0C. A qu temperatura deber estar para que su presin sea 760 mmHg? Solucin: Primero expresamos la temperatura en kelvin: T1 = (25 + 273) K= 298 K. Ahora sustituimos los datos en la ecuacin:

970 mmHg = 760 mmHg

298 K

T2

Si despejas T2 obtendrs que la nueva temperatura deber ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 C.

Principio de AvogadroEsta ley, descubierta por Avogadro a principios del siglo XIX, establece la relacin entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presin. Recuerda que la cantidad de gas la medimos en moles. Por qu ocurre esto? Vamos a suponer que aumentamos la cantidad de gas. Esto quiere decir que al haber mayor nmero de molculas aumentar la frecuencia de los choques con las paredes del recipiente lo que implica (por un instante) que la presin dentro del recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el mbolo se desplace hacia arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia entre las paredes (es decir, mayor volumen del recipiente) el nmero de choques de las molculas contra las paredes disminuye y la presin vuelve a su valor original. Segn hemos visto en la animacin anterior, tambin podemos expresar la ley de Avogadro as:

(el cociente entre el volumen y la cantidad de gas es constante) Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n1 que ocupa un volumen V1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas hasta un nuevo valor n2, entonces el volumen cambiar a V2, y se cumplir:

que es otra manera de expresar la ley de Avogadro.

Sabemos que 3.50 L de un gas contienen 0.875 mol. Si aumentamos la cantidad de gas hasta 1.40 mol, cul ser el nuevo volumen del gas? (a temperatura y presin constantes)

Solucin: Usamos la ecuacin de la ley de Avogadro : V1n2 = V2n1 (3.50 L) (1.40 mol) = (V2) (0.875 mol) Comprueba que si despejamos V2 obtenemos un valor de 5.60 L

Ecuacin General de los Gases La ecuacin general de gases ideales es:

P.V = n.R.Tdonde: -P es presin -V es volumen -n son moles del gas -R es la constante universal de los gases, R = 0,082atm.L/K.mol = 8,314 J/mol.K = 8,314 Pa.m^3/mol.K -T es la temperatura del gas en grados Kelvin (K) las unidades en las que se ponen los datos de P y V dependern de la unidad con la que uses R.

Ley de DaltonLa ley de Dalton o ley de las proporciones mltiples formulada en 1803 por John Dalton, es una de las leyes estequiomtricas ms bsicas. Fue demostrada por el qumico y fsico francs Joseph Gay-Lussac . Esta ley afirma que cuando dos elementos se combinan para originar diferentes compuestos, dada una cantidad fija de uno de ellos, las diferentes cantidades del otro se combinan con dicha cantidad fija para dar como producto los compuestos, estn en relacin de nmeros enteros sencillos. Es decir, que cuando dos elementos A y B forman ms de un compuesto, las cantidades de A que se combinan en estos compuestos, con una cantidad fija de B, estn en relacin de nmeros enteros sencillos. Esta fue la ltima de las leyes pondrales en postularse. Dalton trabaj en un fenmeno del que Proust no se haba percatado, y es el hecho de que existen algunos elementos que pueden relacionarse entre s en distintas proporciones para formar distintos compuestos. Esta Ley de Dalton establece que la presin total, Ptot, de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de los componentes de la mezcla, .

En el caso de tener gases ideales, se podr escribir:

Siendo R la constante de los gases ideales, T la temperatura, V el volumen y ni el nmero de moles del componente i de la mezcla. El nmero de moles de un componente de la mezcla ni se define como el cociente entre la masa, Mi, de dicho componente y su masa molecular, mi. En general, para una mezcla, el nmero de moles n total se puede obtener de la siguiente ecuacin:

Relacin entre la fraccin molar y la presin de un gasLa fraccin molar es una unidad qumica para expresar la concentracin de soluto en una disolucin. Nos expresa la proporcin en que se encuentran los moles de soluto con respecto a los moles totales de disolucin, que se calculan sumando los moles de soluto(s) y de disolvente. Como el volumen de una disolucin depende de la temperatura y de la presin; cuando stas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la fraccin molar no est en funcin del volumen, es independiente de la temperatura y la presin. Adems cabe notar que en los gases ideales la variacin del volumen ser proporcional para cada uno de los solutos, y por lo tanto tambin para la solucin. De esta manera hay una relacin directa entre las fracciones molares y los volmenes parciales. Los gases ejercen presin sobre cualquier superficie con la que entren en contacto, ya que las molculas gaseosas se hallan en constante movimiento. Los humanos nos hemos adaptado fisiolgicamente tan bien a la presin del aire que nos rodea que usualmente desconocemos su existencia, quizs como los peces son inconscientes de la presin del agua sobre ellos.

Para ampliar informacin sobre Fraccin molar has click aqui

Xcarbono= 240 / 12 Xcarbono = 20

20 es la fraccin molar del Carbono en esa mezcla de gases. Debido a que el nmero de moles es proporcional al nmero de molculas, la fraccin molar de cualquier gas en una mezcla es igual a la fraccin de molculas de ese gas. La fraccin molar, X, de cualquier componente es la relacin de moles de ese componente entre el total de moles de la mezcla:Fraccin molar del componente 1 = X1 = moles del componente 1 total de moles en la mezcla Se puede relacionar las fracciones molares con las presiones parciales: P1 = n1RT/V = n1 = X1 Ptotal ntotalRT/V ntotal P1 = X1 Ptotal

Estequiometra en GasesLa estequiometra trata del clculo qumico de cantidades de componentes que intervienen en una reaccin qumica dados al menos la cantidad de uno de ellos. La estequiometra de gases se aplica en aqullos casos en los que interviene un gas o varios en la reaccin, se dispondr de datos volumnicos para determinar el volumen de algn componente.

Hay tres tipos de problemas de Estequiometra de gases: Moles-Volmen (o Volmen-Moles) Peso-Volmen (o volmen-peso) Volmen-Volmen La estequiometra es la parte de la qumica que tiene por objeto calcular las cantidades en masa y volumen de las sustancias reaccionantes y los productos de una reaccin qumica. Se deriva del griego Stoicheion que significa elemento y Metrn que significa medir. Entre la estequiometra vamos a encontrar lo siguiente: Composicin porcentual y molar, Nomenclatura, Leyes qumicas, Reacciones qumicas, Balanceo de ecuaciones.

Teora Cintica de los Gases

El comportamiento de los gases, enunciadas mediante las leyes anteriormente descriptas, pudo explicarse satisfactoriamente admitiendo la existencia de las molculas. El volumen de un gas: refleja simplemente la distribucin de posiciones de las molculas que lo componen. Ms exactamente, la variable macroscpica V representa el espacio disponible para el movimiento de una molcula. La presin de un gas, que puede medirse con manmetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que experimentan las molculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas. La temperatura del gas es proporcional a la energa cintica media de las molculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad. La reduccin de las variables macroscpicas a variables mecnicas como la posicin, velocidad, momento lineal o energa cintica de las molculas, que pueden relacionarse a travs de las leyes de la mecnica de Newton, debera de proporcionar todas las leyes empricas de los gases. En general, esto resulta ser cierto.

La teora fsica que relaciona las propiedades de los gases con la mecnica clsica se denomina teora cintica de los gases. Adems de proporcionar una base para la ecuacin de estado del gas ideal. La teora cintica tambin puede emplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas la distribucin estadstica de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad trmica, el coeficiente de difusin o la viscosidad. La teora cintica de los gases es una teora fsica que explica el comportamiento y propiedades macroscpicas de los gases a partir de una descripcin estadstica de los procesos moleculares microscpicos. La teora cintica se desarroll con base en los estudios de fsicos como Ludwig Boltzmann y James Clerk Maxwell a finales del siglo XIX.

Partculas microscpicas de los gases

*****Principios Los principios fundamentales de la teora cintica son los siguientes: *Los gases estn compuestos de molculas en movimiento aleatorio. *Las molculas sufren colisiones aleatorias entre ellas y las paredes del recipiente contenedor del gas. *Las colisiones entre las molculas del gas y las paredes del recipiente contenedor son elsticas. Adicionalmente, si el gas est en el interior de un recipiente, las colisiones con sus paredes se asume que son instantneas y perfectamente elsticas. Estn en constante movimiento, chocando entre ellas y contra las paredes del recipiente que lo contiene. Estos postulados describen el comportamiento de un gas ideal. Los gases reales se aproximan a este comportamiento ideal en condiciones de baja densidad y temperatura.

Leyde Grahan La Ley de Graham, formulada en 1829 por Thomas Graham, establece que las velocidades de efusin de los gases son inversamente proporcionales a las races cuadradas de sus respectivas densidades.

Cul es la velocidad de efusin del oxgeno con respecto al hidrgeno? Si la masa molar del oxgeno es 32 y la del hidrgeno es 2 (gases diatmicos):

Gases Reales. Ecuacin de Van der WaalsPara estudiar los gases reales con mayor exactitud, es necesario modificar la ecuacin del gas ideal, tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y los volmenes moleculares finitos. Este tipo de anlisis fue realizado por primera vez por el fsico holands L.D. van der Waals en 1973 adems de ser un procedimiento matemtico simple, el anlisis de van der Waals proporciona una interpretacin del comportamiento del gas real a nivel molecular. Cuando una molcula particular se aproxima hacia la pared de un recipiente, las atracciones intermoleculares ejercidas por las molculas vecinas tienden a suavizar el impacto de esta molcula contra la pared. El efecto global es una menor presin del gas que la que se esperara para un gas ideal. Van der Waals sugiri que la presin ejercida por un gas ideal, P ideal, est relacionada con la presin experimental medida, P real, por medio de la ecuacin:

P(ideal)= P(real) + Frac/a/cdo n>2) (V>2)

= Presin del gas ideal = Volumen del gas ideal = Moles de gas = Constante universal de los gases ideales = Temperatura. y son Constantes determinadas por la naturaleza del gas con el fin de que haya la mayor congruencia posible entre la ecuacin de los gases reales y el comportamiento observado experimentalmente.

donde a es una constante, n es el nmero de moles y V el volmen del gas: La ecuacin de van der Waals, fue presentada en 1873 como un perfeccionamiento semiterico de la ecuacin de gas ideal.

Licuefaccin de Gases Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al lquido, por accin de la temperatura y el aumento de presin, llegando a una sobrepresin elevada, hecho que diferencia a la licuefaccin de la condensacin. La licuefaccin de los gases fue descubierta por Michael Faraday en el ao 1818 La licuefaccin de un gas se realiza enfriando hasta que alcanza su temperatura de condensacin quitando entonces el calor latente de vaporizacin. Mejor la eficiencia y bajo los costos de la produccin del aire lquido, por su importancia en la produccin de oxgeno, nitrgeno y gases raros. As un estudio de procesos de licuefaccin incluir y compararn varios mtodos prcticos de licuefaccin. As hemos terminado la primera Unidad del Modulo Sigue adelante! Confronta tus conocimientos con los ejercicios propuestos. De presentar fallas, lee nuevamente el material.

EJERCICIOS PROPUESTOS

DEFINE A) Estado Gaseoso B) Estado Liquido C) Estado Solido D) Fraccin Molar

Responde: a)Qu diferencia existe entre la Ley de Boyle y la Ley de Charles? b) Nombra algunos de los Principios de la Teora Cintica de los Gases.

Problemas:a) Una masa de gas a 50 C y 790 mmHg de presin ocupa 350 cm3. Qu volumen ocupar el gas a 0 C y 760 mmHg? b) Una masa de gas ocupa 250 cm3 cuando su temperatura es 25 C y su presin 1 atm. Cul ser su presin si su volumen es 400 cm3 y su temperatura 50 C?

PresentacinEn la naturaleza observamos fenmenos de cambios de estado de la materia, recordemos que en nuestros estudios primarios vemos el ciclo del agua, el cambio de lquido a gas.En la industria se aplicaran todos estos conocimientos para el estudio de las diferentes reacciones liquida, para ello debemos tener una solida formacin en esta rea, por esto esta unidad se engloba de manera general el estudio de lquidos

Viscosidad, Tensin superficial y punto de ebullicin. *La viscosidad Es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximacin bastante buena para ciertas aplicaciones. Un ejemplo claro es la madera, ya que su viscosidad le permite tener una resistencia constante a ciertos materiales.

Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Lquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.

*Tensin SuperficialSe denomina tensin superficial al fenmeno por el cual la superficie de un lquido tiende a comportarse como si fuera una delgada pelcula elstica. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Hydrometra stagnorum) , desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad, por ejemplo. A nivel microscpico, la tensin superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molcula son diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan. Esto permite que la molcula tenga una energa bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del lquido se tiene un gas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el lquido y el gas. La tensin superficial tiene como principal efecto la tendencia del lquido a disminuir en lo posible su superficie para un volumen dado, de aqu que un lquido en ausencia de gravedad adopte la forma esfrica, que es la que tiene menor relacin rea/volumen.

* Punto de Ebullicin El punto de ebullicin de un lquido es la temperatura a la cual la presin de vapor del lquido es igual a la presin del medio que rodea al lquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del lquido. La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energa cintica de las molculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullicin, slo una pequea fraccin de las molculas en la superficie tiene energa suficiente para romper la tensin superficial y escapar. El punto de ebullicin depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo permanente, dipolo inducido - dipolo inducido o puentes de hidrgeno)

Equilibrio Liquido-Vapor: Presin de vapor, Variacin de la presin se vapor con la temperatura.

Equilibrio Liquido-VaporSi inicialmente tienes en un recipiente cerrado una cantidad fija de algn compuesto o mezcla de compuestos (por ejemplo: agua pura en una botella, o una limonada) y debido a la temperatura a la que se encuentre y a la presin interna (dentro de la botella) sucede que a nivel microscpico inicialmente habrn molculas que superen el nivel de energa y pasen entonces a la fase vapor, de esta forma empezar un movimiento a nivel molecular y fsicamente se podr observar que el nivel de lquido aparentemente ha disminuido y se ve que hay vapor dentro de la botella; sin embargo, con el tiempo no hay ninguna tendencia para que ocurra algn cambio dentro de la botella (que vendra siendo el sistema de estudio). Si las condiciones de temperatura, presin y composicin no varan (permanecen iguales, sin importar el tiempo que transcurra) es entonces cuando se dice que el sistema llego a su equilibrio.

*La presin de vapor o ms comnmente presin de saturacin es la presin, para una temperatura dada, en la que la fase lquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinmico; su valor es independiente de las cantidades de lquido y vapor presentes mientras existan ambas. Este fenmeno tambin lo presentan los slidos; cuando un slido pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado liquido (proceso denominado sublimacin o el proceso inverso llamado deposicitacin o sublimacin inversa) tambin se produce una presin de vapor. En la situacin de equilibrio, las fases reciben la denominacin de lquido saturado y vapor saturado. Esta propiedad posee una relacin inversamente proporcional con las fuerzas de atraccin intermoleculares, debido a que cuanto mayor sea el mdulo de las mismas, mayor deber ser la cantidad de energa entregada (ya sea en forma de calor u otra manifestacin) para vencerlas y producir el cambio de estado.

Imaginemos una ampolla de cristal en la que se ha realizado el vaco y que se mantiene a una temperatura constante; si introducimos una cierta cantidad de lquido en su interior ste se evaporar rpidamente al principio hasta que se alcance el equilibrio entre ambas fases. Inicialmente slo se produce la evaporacin ya que no hay vapor; sin embargo a medida que la cantidad de vapor aumenta y por tanto la presin en el interior de la ampolla, se va incrementando tambin la velocidad de condensacin, hasta que transcurrido un cierto tiempo ambas velocidades se igualan. Llegados a este punto se habr alcanzado la presin mxima posible en la ampolla (presin de vapor o de saturacin) que no podr superarse salvo que se incremente la temperatura. El equilibrio dinmico se alcanzar ms rpidamente cuanto mayor sea la superficie de contacto entre el lquido y el vapor, pues as se favorece la evaporacin del lquido; del mismo modo que un charco de agua extenso pero de poca profundidad se seca ms rpido que uno ms pequeo pero de mayor profundidad que contenga igual cantidad de agua. Sin embargo, el equilibrio se alcanza en ambos casos para igual presin. El factor ms importante que determina el valor de la presin de saturacin es la propia naturaleza del lquido, encontrndose que en general entre lquidos de naturaleza similar, la presin de vapor a una temperatura dada es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del lquido.

EJERCICIOS PROPUESTOS

DEFINE: A) Punto de Ebullicin B) Presin de Vapor

RESPONDE: A)Qu relacin existe entre la presin del vapor y la temperatura?

Hemos concluido la segunda unidad, si lograste todos los objetivos de aprendizaje, te felicitamos. De presentar fallas, te invitamos a recapitular la unidad II.!

Presentacin.

Un cuerpo slido, uno de los tres estados de agregacin de la materia, se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. El estudio de sus propiedades es de gran importancia para la aplicacin de la qumica en las ciencias industriales, y la compresin de los cambios que sufre la materia para transformarse en un cuerpo slido.

Punto de congelacin y punto de fusin.

El punto de congelacin de un lquido es la temperatura a la que dicho lquido se solidifica debido a una reduccin de temperatura. El proceso inverso se denomina punto de fusin. Para la mayora de sustancias ambas temperaturas son iguales. Por ejemplo para el mercurio, cuya temperatura de fusin y de congelacin es 234,32 kelvin (38,83 C 37,89 F). Sin embargo otras sustancias como el Agar-Agar tienen distintas temperaturas para la fusin y la congelacin siendo que se vuelve lquido a 85 C (185 F) y slido a una temperatura entre 32 C y 40 C (89,6 F a 104 F); a este fenmeno se le conoce como histresis. En el caso del agua, el punto de fusin y de congelacin es el mismo: 0 C (32 F). Esto es en presencia de ncleos de cristalizacin en el lquido ya que si stos no estn presentes el agua lquida puede enfriarse hasta 42 C (43,6 F) sin que se produzca la congelacin en un proceso llamado superenfriamiento.

* El punto de fusin es la temperatura a la cual el estado slido y el estado lquido de una sustancia, coexisten en equilibrio trmico, a una presin de 1 atmsfera. Por lo tanto, el punto de fusin no es el pasaje sino el punto de equilibrio entre los estados slido y lquido de una sustancia dada. Al pasaje se lo conoce como derretimiento. En la mayora de las sustancias, el punto de fusin y de congelacin, son iguales. Pero esto no siempre es as: por ejemplo, el agar se derrite a los 85 C (185 F) y se solidifica a partir de los 31 C a 40 C (87.8 F a 104 F); este proceso se conoce como histresis

**Tipos de Slidos: Amorfos y CristalinosHemos visto que los slidos conservan su forma y su volumen y hemos visto que todos no todos los slidos correspondiente le llamamos slido cristalino o fase cristalina. Existen muchos ejemplos de slidos cristalinos como por ej., la sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl) y el azcar (sacarosa, C12H22O11). Es fcil reconocer estos slidos como cristalinos porque las partculas macroscpicas que los forman (los cristales) tienen formas regulares: si examinamos cristales de cloruro de sodio bajo una lente de aumento, veremos que los cristales tienen forma de pequeos cubos. Una caracterstica notable de los slidos cristalinos es que su fractura es regular, esto es, al partirlos siguen lneas y planos muy regulares. As, si molemos los cristales de sal y los examinamos bajo un mayor aumento, veremos que siguen conservando formas muy regulares cbicas. Al mencionar la palabra cristal, quiz el lector pens en los vidrios de las ventanas. Ciertamente podemos considerarlos slidos: mantienen su forma y su volumen, pero si quebramos un vidrio de una ventana (digamos, jugando ftbol) veremos que los cortes no son regulares. Hay muchos bordes filosos y su fractura es muy caprichosa..

Esto es debido a que el vidrio no es un slido cristalino, sino un slido amorfo. Esto significa que, si pudiramos verlo a escala molecular, veramos que sus molculas estn relativamente fijas en sus posiciones, pero el arreglo no es regular. Algo as como si mezclramos muchas partculas de la misma forma con una melaza muy viscosa. Las partculas tendran poca libertad de movimiento, debido a la viscosidad del medio, pero no estaran dispuestas regularmente. Este comportamiento del vidrio es muy caracterstico, y cuando un slido presenta un comportamiento similar decimos que presenta comportamiento vtreo. Hay que aclarar que no todos los slidos amorfos son vtreos. Tambin conviene acostumbrarnos al significado qumico de la palabra cristal. En el lenguaje coloquial utilizamos cristal como sinnimo de vidrio. En qumica, ambos trminos tienen significados bien definidos y diferentes

**Estructuras Cristalinas: Celda Unitaria y Retculo Cristalino

** Se define como celda unidad la porcin ms simple de la estructura cristalina que al repetirse mediante traslacin reproduce todo el cristal. Todos los materiales cristalinos adoptan una distribucin regular de tomos o iones en el espacio. Se trata de un arreglo espacial de tomos que se repite en el espacio tridimensional definiendo la estructura del cristal. Se caracteriza por tres vectores que definen las tres direcciones independientes del sistema de coordenadas de la celda.

Presta mucha atencin a estos conceptos

***La distribucin de las partculas en un cristal obedece a un patrn llamado el retculo cristalino. Se entiende por tal a un conjunto de direcciones o lneas imaginarias en cuyas intersecciones se encuentran las partculas.

**Los cristales agrupados en el sistema cbico adoptan alguno de los siguientes retculos cristalinos: Retculo cbico simple: las partculas estn ubicadas en los vrtices de un cubo, como se observa en la parte a) de la siguiente figura.

Detalla cuidadosame nte las graficas

**Cada vrtice es compartido por 8 cubos en la red infinita del cristal, luego en cada cubo del retculo simple hay 8 x 1/8 = 1 partcula neta, esto puede verse en la parte a) de la siguiente figura donde se muestra la porcin de cada tomo que pertenece a la celda unitaria.

****Retculo cbico centrado en el cuerpo: hay partculas en cada uno de los 8 vrtices y otra en el centro del cubo (parte b) de las figuras). En este retculo la partcula central pertenece con exclusividad al cubo, que resulta tener 8 x 1/8 + 1 = 2 partculas netas. ****Retculo cbico centrado en las caras: hay partculas en cada vrtice y en el centro de cada cara (parte c) de las figuras). En este caso, como cada partcula de centro de cara es compartida por 2 cubos contiguos, en cada cubo hay 8 x 1/8 + 6 x = 4 partculas netas.

**Tipos de Cristales****Cristales slidos Aparte del vidrio y las sustancias amorfas, cuya estructura no aparece ordenada, toda la materia slida se encuentra en estado cristalino. En general, se presenta en forma de agregado de pequeos cristales (o policristalinos) como en el hielo, la rocas, los ladrillos, el hormign, los plticos, los metales, los huesos, etc., o mal cristalizados como en los barros o las fibras de madera.Tambin pueden constituir cristales nicos (monocristales) de dimensiones minsculas o grandsimas, como el azcar o la sal, las piedras preciosas y la mayora de los minerales, de los cuales algunos se utilizan en tecnologa moderna por sus sofisticadas aplicaciones, como el cuarzo de los osciladores o los semiconductores de los dispositivos electrnicos. ** Cristales lquidos Algunos lquidos anistropos (ver anisotropa), denominados a veces "cristales lquidos", han de considerarse en realidad como cuerpos mesomorfos, es decir, estados de la materia intermedios entre el estado amorfo y el estado cristalino.

Los cristales lquidos se usan en pantallas (displays) de aparatos electrnicos. Su diseo mas corriente consta de dos lminas de vidiro metalizado que emparedan una fina pelcula de sustancia mesomorfa. La aplicacin de una tensin elctrica a la pelcula provoca una intensa turbulencia que comporta una difusin local de la luz, con la cual la zona cargada se vuelve opaca. Al desaparecer la excitacin, el cristal lquido recupera su transparencia.

Cristal de rub antes de ser pulido Las propiedades de los cristales, como su punto de fusin, densidad y dureza estn determinadas por el tipo de fuerzas que mantienen unidas a las partculas. Se clasifican en: inico, covalente, molecular o metlico. ***Cristales inicos Los cristales inicos tienen dos caractersticas importantes: estn formados de enlaces cargadas y los aniones y cationes suelen ser de distinto tamao. Ejemplos: KCl, CsCl, ZnS y CF2. La mayora de los cristales inicos tiene puntos de ebullicin altos, lo cual refleja la gran fuerza de cohesin que mantiene juntos a los iones. Su estabilidad depende en parte de su energa reticular; cuanto mayor sea esta energa, ms estable ser el compuesto.

***Cristales covalentes Los tomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red tridimensional nicamente por enlaces covalentes. El grafito y el diamante, altropos del carbono, son buenos ejemplos. Debido a sus enlaces covalentes fuertes en tres dimensiones, el diamante presenta una dureza particular y un elevado punto de fusin. El cuarzo (SiO2) es otro ejemplo de cristal covalente. La distribucin de los tomos de silicio en el cuarzo en semejante a la del carbono en el diamante, pero en el cuarzo hay un tomo de oxgeno entre cada par de tomos de Si.

****Cristales moleculares En un cristal molecular, los puntos reticulares estn ocupados por molculas que se mantienen unidas por fuerzas de van der Waals y/o de enlaces de hidrgeno. El dixido de azufre (SO2) slido es un ejemplo de un cristal molecular al igual que los cristales de I2, P4 y S8. Con excepcin del hielo los cristales moleculares suelen empaquetarse tan juntos como su forma y tamao lo permitan. Debido a que las fuerzas de van der Waals y los enlaces de hidrgeno son ms dbiles que los enlaces inicos o covalentes, los cristales moleculares suelen ser quebradizos y su mayora se funden a temperaturas menores de 100C.

***Cristales metlicos La estructura de los cristales metlicos es ms simple porque cada punto reticular del cristal est ocupado por un tomo del mismo metal. Los cristales metlicos por lo regular tienen una estructura cbica centrada en el cuerpo o en las caras; tambin pueden ser hexagonales de empaquetamiento compacto. Por lo que suelen ser muy densos. Sus propiedades varan de acuerdo a la especie y van desde blandos a duros y de puntos de fusin bajos a altos, pero todos en general son buenos conductores de calor y electricidad.

Estos conceptos son muy importantes, de no comprenderlos, revisa nuevamente el material

DIAGRAMA DE FASES DEL AGUA, PUNTO TRIPLE Y PRESIN CRITICA ***El diagrama de fase muestra tres regiones, cada una de las cuales representa una fase pura. La lnea de separacin entre dos regiones indica las condiciones en las cuales estas dos fases pueden existir en equilibrio. El punto en que las tres curvas coinciden se llama punto triple y que para el agua es 0,01C y 0,006atm. Esta es la nica condicin en las cuales estas tres fases (slida, liquida y gaseosa) pueden estar en equilibrio entre si. La temperatura del punto triple es muy prxima al llamado punto de la congelacin. Los diagramas de fases permiten predecir los cambios en el punto de fusin y punto de ebullicin de una sustancia como resultado de cambios en la presin externa; Tambin se puede anticipar las direcciones de las transiciones de fases provocadas por cambio en la temperatura y presin. La presin crtica es una caracterstica de cualquier sustancia, que define el campo en el que sta puede transformarse en vapor en presencia del lquido correspondiente.

Hemos terminado la Unidad III, preprate para confrontar tus conocimientos con los problemas que siguen! EJERCICIOS PROPUESTOS

DEFINE:A) Temperatura Critica B) Punto de congelacin C) Punto de ebullicin

RESPONDE: Cules son los tipos de cristales? Qu diferencia existe entre un slido amorfo y un Cristalino? Describe lo que sucede en el Diagrama de Fases Del Agua.

D) Punto Triple.

!Si todas tus respuestas son correctas, te felicitamos, de presentar fallas te invitamos a repetir el contenido de la unidad!

BIBLIOGRAFIA*SHERMAN, ALAM. COMCIPTOS BSICOS DE QUIMICA. EDITORIAL CECSA. 1999 *Brown T., Le May E. y Bursten B. (1999). Qumica La Ciencia Central. Editorial Prentice Hall.*ENLACES EN INTERNET: WWW.MONOGRAFIAS.COM WWW.WIKIPEDIA.COM WWW.GOOGLE.CO.VE

ESTE MODULO FUE ELABORADO, PARA EL DEPARTAMENO DE QUMICA, ESPECIALMENTE PARA LA PROFESORA REBECA SANCHEZ, POR EL GRUPO DE ESTUDIANTES CONFORMADO POR:

EDUARDO PORTILLO C.I 19838539JOEMELIS FUENMAYOR C.I.20059899

ERICSON RIVAS C.I 20.381.566RUBEN SUAREZ C.I 18.869.934 ANGELO CHACIN C.I 18.704380 LUIS CRUZ C.I 19.519.372