Propiedades de los Líquidos - … · Aunque la densidad de la grapa es mayor que la del agua, la...

…2..folleto 1

Propiedades de los Líquidos: Las distancias relativamente pequeñas que existen entre las moléculas de los líquidos dan origen a las

siguientes propiedades:

Los líquidos retienen su volumen, pero no retienen su forma. Esto se debe a que las fuerzas de atracción intermoleculares en el estado líquido mantienen las moléculas

juntas, pero no las mantienen fijas en posiciones definidas.

Los líquidos no se pueden comprimir. Debido a que el espacio libre entre las moléculas es tan pequeño, el volumen de un líquido prácticamente

no cambia, aún cuando se apliquen presiones altas. Sin embargo, un aumento en la temperatura por lo

general aumenta ligeramente el volumen del líquido y por consiguiente disminuye su densidad.

Los líquidos se difunden más lentamente que los gases. Esto se debe a que el movimiento de las moléculas en el estado líquido está más restringido que en el gas.

Los líquidos tienen Viscosidad: se le define como la resistencia a fluir. Por eso se determina midiendo el tiempo que necesita una cantidad determinada de líquido para pasar a

través de un tubo de diámetro pequeño a una presión dada.

La viscosidad se debe principalmente a las atracciones intermoleculares y por lo tanto representa una

estimación sencilla de la intensidad de estas atracciones. En general un aumento de la temperatura

disminuye la viscosidad ya que las fuerzas de cohesión se ven debilitadas por el creciente movimiento

molecular, causado por la energía cinética que adquieren las moléculas al aumentar la temperatura.

AUMENTO DE TEMPERATURA produce AUMENTO DE LA ENERGIA CINETICA que a su vez

produce la DISMINUCION DE LAS FUERZAS DE COHESION que produce DISMINUCION DE LA

VISCOSIDAD.

Y lo contrario:

DISMINUCION DE LA TEMPERATURA produce DISMINUCION DE LA ENERGIA CINETICA que

a su vez produce INCREMENTO DE LAS FUERZAS DE COHESION que produce INCREMENTO DE

LA VISCOSIDAD.

Ejemplos de líquidos muy viscosos son la miel y el aceite de motor.

Se ha determinado que a mayor peso molecular tiene una sustancia, mayor será su viscosidad, se pueden

comparar solamente estructuras similares.

Ejemplo: n-pentano C5H12 y n-heptano C7H16 ambas son cadenas lineales que solo se diferencian por

tamaño y peso molecular. El n-heptano tiene mayor viscosidad.

Los líquidos con fuerzas intermoleculares fuertes son más viscosos, el agua por ejemplo, tiene mayor

viscosidad que otros líquidos similares por su habilidad de formar puentes de hidrógeno. Las fuerzas

intermoleculares que consideramos son:

a) Fuerzas de dispersión de London

b) Fuerzas de atracción dipolo-dipolo

c) Puentes de hidrógeno

Ejemplo: El agua es más viscosa que el benceno C6H6

Aunque el benceno tiene mayor peso molecular, el agua tiene más fuerzas intermoleculares, ¿cuáles son?

Lea la página 470 de su libro de texto e indique por qué el glicerol es más viscoso que el agua.

Un equipo muy usado para determinar la viscosidad es el VISCOSIMETRO DE OSTWALD. Consiste

en determinar el tiempo de paso entre dos marcas determinadas.

La unidad de la viscosidad es el POISE = g/ cm-seg

La fórmula que usaremos para determinar la Viscosidad es:

B) de paso de (tiempo B) de (densidad

A) de paso de (tiempo A) de (densidad

B Viscosidad

A Viscosidad=

Como pueden observar es una viscosidad relativa, hagamos un ejercicio:

Ejemplo: Una muestra de aceite con densidad 0.954 g/cm3 se compara con etanol con densidad 0.78

g/cm3. La viscosidad del etanol a 20°C es 12 mP (miliPoise), ¿Cuál será la viscosidad del aceite? Si

conocemos que el tiempo de paso por el viscosímetro a 20°C fue de 93.4 segundos para el etanol y de

120.5 segundos para el aceite.

Viscosidad del aceite = (0.954 g/cm3) (120.5 seg)(12 mP) = 18.93 mP

(0.78 g/cm3) (93.4 seg)

…3...folleto 1

5. Una muestra de trementina (densidad = 0.873 g/cm3) fue medida en un viscosímetro de Ostwald y se

usó etanol (densidad = 0.789 g/cm3) como tipo de comparación. Los tiempos promedio de paso de

los líquidos a 20°C fueron:

• Etanol = 93.4 segundos

• Trementina = 104.6 segundos

¿Cuál fue la viscosidad de la muestra en milipoises?

La viscosidad del etanol es = 12 milipoises a 20°C.

6. De cada uno de los siguientes pares, escoger la sustancia más viscosa, explique:

a) Pentano C5H12 a 20°C

Decano C10H22 a 20°C

b) Un aceite de motor a -10°C

el mismo aceite a 40°C

a) Glicerina a 0°C

Glicerina a 50°C

7. Un alcohol de densidad = 0.861 g/cm3 tiene un tiempo de paso en un viscosímetro de Ostwald a

20°C de 124.2 seg. El agua densidad = 1 g/cm3 y viscosidad 10.02 milipoises, tiene un tiempo de

escurrimiento de 73.4 segundos en el mismo viscosímetro a 20°C. ¿Cuál es la viscosidad del

alcohol?

8. Un alcohol (d = 0.835 g/cm3) tiene un tiempo de paso de 116.8 segundos en un viscosímetro de

Ostwald a 20°C. El agua (d = 1 g/cm3 y viscosidad = 10.02 milipoises) tiene un tiempo de paso de

68.6 segundos bajo las mismas condiciones. ¿Cuál es la viscosidad del alcohol?

Los líquidos poseen Tensión Superficial: Se define como la cantidad de energía que es necesaria para expandir el área superficial de un líquido. Es

en una propiedad de los líquidos, originada por las fuerzas de atracción intermolecular y es una medida de

la magnitud de estas fuerzas. Las moléculas dentro del líquido son atraídas de igual manera por las

moléculas vecinas, pero las que están situadas en la superficie solo son atraídas hacia el interior del

líquido, lo que causa que el área de la superficie del líquido tienda a reducirse, explicando la forma

esférica de las gotas de un líquido y se observa también como la superficie del líquido se tensa como si

fuera una película elástica. Esta propiedad la podemos observar si deslizamos cuidadosamente una grapa

sobre la superficie de agua. Aunque la densidad de la grapa es mayor que la del agua, la grapa flotara

sobre la superficie y la superficie del agua actuara como si fuera una delgada membrana. Para que la

grapa se hunda es necesario romper esa membrana de la superficie.

También, es responsable de que la superficie del líquido asuma una curvatura, llamada menisco, cuando

se introduce en un tubo estrecho. Por ejemplo, cuando se pone agua en una probeta, las moléculas de la

superficie del agua son atraídas con mayor fuerza por el vidrio de las paredes de la probeta (fuerzas

adhesión) que por las otras moléculas de agua (fuerzas cohesión) y se adhiere al vidrio, jalando la

superficie del agua hacia arriba. Efecto que se observa en los tubos capilares, a su vez se forma el

menisco.

_____________________________________ SUPERFICIE DEL

LIQUIDO

…4..folleto 1

Hay varios factores que afectan a la TENSION SUPERFICIAL.

a) TEMPERATURA: La tensión superficial de los líquidos disminuye al incrementar la

temperatura, ya que se disminuyen las fuerzas de atracción intermolecular, esto se debe a que

al aumentar la temperatura se aumenta la energía cinética de las moléculas y el movimiento

molecular, lo que causa una disminución de las fuerzas de cohesión.

b) EMULSIFICANTES: son sustancias que permiten mezclar moléculas distintas rompiendo la

Tensión Superficial. Ejemplo: El aceite y el agua no se mezclan, son inmiscibles pero si le

agrego lecitina, una sustancia emulsificante, permite que se mezclen rompiendo la tensión

superficial de ambos líquidos. EJEMPLO de esto es la mayonesa.

El METODO CAPILAR se utiliza para determinar la Tensión Superficial. Se determina la altura que

sube el líquido en el capilar a una temperatura determinada.

FORMULA: TENSION SUPERFICIAL = ½ hrdg

Siendo la h: altura en cm, r: radio en cm, d: densidad en g/cm3, g: gravedad = 980 cm/seg

2.

Las unidades son dina/cm = g/seg2

(Recordemos que una dina = g cm/seg2)

Ejemplo: El etanol con densidad 0.791 g/cm3 se eleva en un tubo capilar 5.2 cm a 20°C. El radio es

0.011 cm ¿Cuál es la Tensión Superficial? R: 22.17 dina/cm.

10) El nitrobenceno se eleva 2.48 cm. En un tubo capilar con radio 0.03 cm. Si la tensión superficial es

43.9 dina/cm ¿Cuál es la densidad? R= 1.2 g/cm3

11) Si el metanol Si el metanol tiene una densidad de 0.808 g/cm3 y el n-hexano tiene una densidad de

0.66 g/cm3 a 20°C. ¿Cuál es la relación de las alturas a las que estos dos líquidos se elevaran en un

tubo capilar con un radio de 0.22 cm, si se conoce que la tensión superficial del metanol es 22.6

dina/cm y la del n- hexano es de 18.4 dina/cm? R= (relación del metano vs n-hexano) 1.003

12) ¿A qué altura se elevara el agua en un capilar con 0.0135 cm de diámetro?, si conocemos que la

temperatura es de 20°C, la densidad del agua es 1 g/cm3 y la tensión superficial es 72.8 dina/cm.

R = 22.01 cm

13) ¿Cuál será el radio de un capilar en el que el agua se eleva 7.5 cm? A 20°C R = 0.0198 cm

14) Un líquido con densidad 0.85 g/cm3 asciende 0.7 cm en un capilar de 0.04 cm de radio. Calcule la

tensión superficial. R = 11.66 dina/cm

15) Un líquido de densidad = 0.95 g/cc, asciende 1.05 cm en un capilar de 0.50 cm de radio interno.

Calcule la tensión superficial del líquido.

16) Un líquido de densidad = 0.95 g/cc, asciende 1.05 cm en un capilar de 0.50 cm de radio interno.

Calcule la tensión superficial del líquido.

17) Usando la teoría cinética molecular, explique por qué:

a) los líquidos no mantienen su formas

b) los líquidos no se comprimen

c) los gases se difunden más rápido que los líquidos

18) Explique qué efecto tiene la temperatura sobre la densidad de un líquido

19) Defina tensión superficial

20) Explique dos situaciones en que se manifiesta la tensión superficial de un líquido.

RESOLVER LOS PROBLEMAS SIGUIENTES DEL LIBRO DE CHANG, 10 EDICION:

1.51, 1.52, 1.61, 1.63, 1.64, 11.29

11.27, 11.28, 11.22, 11.23, 11.24, 11.25

SC/vgg

18.7.2013

Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia

Escuela de Química FOLLETO 2

Departamento de Química General

Curso: Química General II

LIQUIDOS, SOLIDOS Y CAMBIOS DE ESTADO

Los líquidos se evaporan:

Esto significa que las moléculas escapan de la superficie del líquido hacia el exterior y se convierten en

gas o vapor. Cuando el líquido se encuentra en un envase abierto, este proceso continúa hasta que todo el

líquido desaparece. Como las fuerzas intermoleculares en el estado líquido son mayores que en el estado

gaseoso, la evaporación requiere que las moléculas absorban la energía suficiente para romper estas

fuerzas y convertirse en vapor. Por ejemplo, para hervir agua, le aplicamos calor en la forma de una

llama. Cuando un líquido se evapora a la temperatura del ambiente, absorbe calor de los alrededores.

Cuando una persona se moja, siente frío porque el agua al evaporarse absorbe calor de su cuerpo, y por lo

tanto baja su temperatura.

La cantidad de calor que se requiere para evaporar un mol de un líquido a una presión externa constante y

a una temperatura específica se conoce como el CALOR MOLAR DE VAPORIZACION, y se representa

como ∆ Hvap. El calor de vaporización es una medida de la magnitud de las fuerzas intermoleculares del

líquido. En general, mientras mayores son las fuerzas intermoleculares del líquido, mayor es el calor de

vaporización. Por ejemplo, el calor de vaporización del agua es aproximadamente 10 Kcal/mol, mientras

que el del metano (CH4), es aproximadamente 2 Kcal/mol.

Los líquidos tienen presiones de vapor características.

Si un líquido se encuentra en un envase cerrado, sólo se evapora una cantidad pequeña del líquido.

Algunas de las moléculas del líquido poseen energía cinética suficiente para escapar del líquido y

convertirse en vapor, pero no pueden salir del envase. De vez en cuando algunas de las moléculas del

vapor pueden chocar con la superficie del líquido y regresar al estado líquido. A este cambio de estado se

conoce como CONDENSACION. A medida que se evapora una cantidad mayor de líquido, el número de

moléculas en el vapor aumenta y por consiguiente aumenta también la probabilidad de que éstas choquen

con la superficie del líquido y se condensen.

Después de cierto tiempo, la rapidez de condensación será igual a la rapidez de evaporación: el número

de moléculas/segundo que se escapan del líquido es igual al número de moléculas/segundo que regresan

al líquido. En general, la condición en la cual dos cambios opuestos ocurren a la vez y con la misma

rapidez recibe el nombre de EQUILIBRIO DINAMICO. El resultado es una condición de equilibrio en

que no se observa ningún cambio neto, porque un cambio cancela al otro. En este caso particular se

establece un equilibrio entre el líquido y el vapor, que se puede representar así:

Líquido ========> vapor

<==========

.…2..folleto 2….

La flecha doble indica que hay equilibrio entre los dos estados. Cuando la sustancia ha llegado a

este equilibrio líquido – vapor, la cantidad de las moléculas en el estado gaseoso se mantiene

constante. La presión ejercida por el gas o vapor que está en equilibrio con el líquido a una

temperatura determinada se conoce como PRESION DE VAPOR del líquido. La presión de vapor

de un líquido sólo depende de:

a) La naturaleza del Líquido Mientras mayores sean las fuerzas intermoleculares en el líquido, menor será el número de

moléculas capaces de escapar al estado de vapor y menor será su presión de vapor. Cuando a

temperatura ambiente un líquido tiene una presión de vapor alta, decimos que el líquido es

VOLATIL. Por ejemplo, el CCl4 es más volátil que H2O.

b) La temperatura La presión de vapor de un líquido aumenta al aumentar su temperatura. Al aumentar la

temperatura, un número mayor de moléculas obtendrá la energía suficiente para escapar del

estado líquido al vapor, y la presión aumentará.

Ejercicios:

21. Explique por qué el agua se evapora más rápido cuando:

a) la temperatura del ambiente es alta

b) hace brisa

c) se encuentra en un envase ancho

22. Explique por qué una fricción con alcohol ayuda a reducir la fiebre de una persona.

23. Defina:

a) calor molar de vaporización

b) equilibrio dinámico

c) presión de vapor

24. Los calores de vaporización de agua y amoníaco son relativamente altos. ¿Por qué?

25. Explique por qué la presión de vapor del agua es mayor a 35°C que a 25°C.

SCdO/vgg Ref.020.2013

29.07.13






LIQUIDOS, SOLIDOS Y CAMBIOS DE ESTADO

Los líquidos tienen puntos de ebullición característicos: Cuando un líquido se calienta en un envase abierto, su presión de vapor aumenta. Cuando la temperatura

ha subido lo suficiente para que la presión de vapor del líquido iguale a la presión atmosférica, se forman

burbujas de vapor y éstas escapan del líquido, decimos que el líquido está hirviendo, o que está

ocurriendo EBULLICION. La temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión

atmosférica recibe el nombre de PUNTO DE EBULLICION del líquido.

Podemos concluir que el punto de ebullición de un líquido depende de la presión atmosférica: a mayor

presión atmosférica, más alto será el punto de ebullición del líquido. Por ejemplo, la presión de vapor del

agua a 80°C es 355 mm Hg. Si la presión atmosférica fuera 355 mm Hg, el agua herviría a 80°C. La

presión de vapor del agua a 100°C es 760 mm Hg. Por lo tanto, cuando la presión atmosférica es 760 mm

Hg, el agua hierve a 100°C. EL PUNTO DE EBULLICION NORMAL de un líquido se define como la

temperatura a la cual el líquido hierve cuando la presión atmosférica es 760 mm Hg, o sea, la temperatura

a la cual la presión de vapor que tiene el líquido es igual a 760 mm hg. El punto de ebullición normal de

agua es 100°C.

El punto de ebullición de un líquido está relacionado directamente con su calor de vaporización. La ley

que correlaciona estas dos propiedades es la Ley de Trouton, y establece que el calor molar de

vaporización de un compuesto es aproximadamente igual a 21 veces el punto de ebullición expresado en

K. Matemáticamente se expresa así: Hvap aproximadamente igual a 21 Tb

donde Tb es el punto de ebullición normal en K. La Ley de Trouton se aplica a la mayoría de los

compuestos orgánicos, pero no se aplica al agua ni otros compuestos que formen puentes de hidrógeno.

Para cada sustancia existe una temperatura más allá de la cual la sustancia no puede existir en su estado

líquido. Esta temperatura recibe el nombre de TEMPERATURA CRITICA, y la presión que corresponde

a la temperatura crítica se llama PRESION CRITICA.

Ejercicios: 26. Defina:

a) ebullición

b) temperatura crítica

27. Si el punto de ebullición normal del benceno es 80°C, ¿cuál será la presión de vapor del benceno a

80°C?

28. De acuerdo con la ley de Trouton, el calor de vaporización de un líquido es directamente proporcional

a:

29. En una olla de presión, el vapor del agua ejerce una presión mayor de 760 mm Hg. ¿Cómo afecta esto

la temperatura a la cual hierve el agua?

SC/vgg

Ref.021.13

1.08.2013






PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS

Como hemos visto, un sólido cristalino consiste de iones, moléculas o átomos mantenidos en posiciones

fijas por las atracciones de los iones, moléculas o átomos que le rodean. Estos arreglos determinan las

propiedades que caracterizan al estado sólido:

A) Son rígidos (no fluyen como los líquidos y gases)

B) No se pueden comprimir

C) Su difusión es extremadamente lenta

D) Los sólidos tienen puntos de fusión característicos

Cuando un sólido se calienta, parte del sólido se derrite y se establece un equilibrio entre el sólido y el

líquido.

Sólido ========> líquido

<==========

Si el sólido es una sustancia pura, la temperatura se mantiene constante mientras los dos estados o fases

están presentes.

La temperatura a la cual se alcanza este equilibrio a una presión de 1 atm recibe el nombre de punto de

fusión del sólido.

El cambio de estado de sólido a líquido requiere que se absorba energía para romper las fuerzas presentes

entre las partículas del sólido. La cantidad de calor necesaria para convertir un mol de sólido a líquido en

su punto de fusión se llama calor de fusión (heat of fusion) y se presenta como ∆ Hfus. Cuando un mol

de líquido se convierte en sólido (congelación) se libera esa misma cantidad de calor.

Los sólidos tienen presiones de vapor características (se subliman)

Aunque el movimiento de las moléculas en el estado sólido está muy limitado, muchos sólidos tienen

presiones de vapor significativas, lo cual indica que sus moléculas pasan directamente del estado sólido al

vapor. Por ejemplo, el “hielo seco” es anhídrido carbónico sólido que pasa directamente al estado

gaseoso sin pasar por el estado líquido. Este cambio de estado se llama sublimación. Cuando un sólido

se encuentra en un envase cerrado, se establece un equilibrio con su vapor.

Sólido ========> vapor

<==========

La cantidad de calor que se absorbe cuando un mol del sólido se sublima se conoce como calor de

sublimación y se representa como ∆Hsub.

.…2..folleto 4…

Aplicando la Ley de Hess, se puede demostrar que el calor de sublimación de una sustancia es la suma del

calor de fusión y del calor de vaporización.

Sólido ========> líquido ∆Hfus

<==========

Líquido ========> vapor ∆Hvap

<==========

________________________________________ _______________________________________

Sólido ========> vapor ∆Hsub. = ∆Hfus + ∆Hvap

<==========

Ejercicios:

30. Explique en términos de la teoría cinética molecular las siguientes propiedades de los sólidos:

a) son rígidos

b) no se pueden comprimir

c) se difunden lentamente

31. En el punto de fusión de una sustancia existe equilibrio entre:

32. El calor de fusión es el calor necesario para:

33. Durante el proceso de sublimación en un envase cerrado, se establece el equilibrio entre:

34. El calor de sublimación es el calor necesario para:

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1.8.13



Escuela de Química

Departamento de Química General FOLLETO 5


CAMBIOS DE ESTADO

Los diversos estados de la materia suelen ser interconvertibles. A medida que la energía interna de la

materia aumenta, la distribución de sus partículas constitutivas se torna más desordenada; a medida que la

energía disminuye, las probabilidades de distribuciones ordenadas aumentan. Sin embargo, existen

limitaciones en ambos casos. El aumento de energía tiene a destruir las partículas al mismo tiempo que

las desordena; a veces la destrucción se anticipa al desorden. Por ejemplo, la insulina cristalina

(proteína), no puede licuarse; sus moléculas requieren menos energía para quedar destruidas que para

desordenarse y exhibir flujo móvil. En la dirección opuesta, la pérdida de energía puede ofrecer una

mejor probabilidad para el establecimiento de orden, pero no lo garantiza. Como se discutió, antes, se

puede llegar a formar un vidrio.

Es de gran utilidad aprender la terminología de los cambios de estado, tal como se ilustra en el cuadro

siguiente (cuadro No.1)

E

n

d Condensación; Destilación

o Licuación (2 procesos)

t Evaporación

é Vaporización

r

m

i

c

o

Reblandecimiento Deposición

E

x Vitrificación

o Congelación

t Cristalización Sublimación

é Solidifcación

r

m Fusión Cristalización

i Devitrificación

c

o

Los cambios de entalpía se llaman:

Calor de fusión (sólido � líquido)

Calor de evaporación (líquido � gas)

Calor de sublimación (sólido � gas)

Gas

Líquido

Vidrio

Sólido Cristalino

...2...Folleto No.5….

Un cambio de estado implica una ganancia o una pérdida de calor, pero no intervienen variaciones de

temperatura. De esta forma el CALOR DE FUSION ∆Hfus de una sustancia es la cantidad de calor

necesaria para fundir una determinada cantidad, generalmente 1 mol o 1 g de sólido, a líquido, a la misma

temperatura. El calor de fusión, tal como lo ilustra el cuadro No. 1, es absorbido por la sustancia y la

extrae del medio ambiente; el proceso opuesto (congelación) involucra la misma cantidad de calor por

gramo de sustancia, pero en este caso la sustancia libera el calor y lo cede al medio ambiente circundante.

Para los demás cambios de estado se usan expresiones análogas.

Cualquiera de los procesos en el cuadro No.1 que ocurren en la dirección, sólido � líquido � gas,

produce dos tipos de cambios en la materia afectada:

1. La energía interna de la materia aumenta, pues se está realizando un trabajo para anular las fuerzas

de atracción.

2. El grado de orden de la distribución molecular disminuye.

A la inversa en cualquiera de los procesos que ocurren en la dirección gas � líquido � sólido, la

energía interna disminuye y el orden aumenta.

La tabla No.1 ofrece datos sobre calores de fusión y de vaporización de diversas sustancias.

Calores de fusión y de vaporización:

SUSTANCIA Punto de

fusión (°C)

Punto de

ebullición

(°C)

Fusión

Vaporización

Aluminio

Cera de abejas

Tetracloruro de carbono

Alcohol etílico

Mercurio

TNT

Agua

658

62

-24

-114

-39

79

0

2057

-----

76.8

78.3

357

-----

100

94

42.3

4.2

24.9

2.8

22.3

79.7

25 X 103

------

46.4

204

70.6

-----

539.6

BIBLIOGRAFIA:

• Brescia, Frank et. Al., Fundamentos de Química. México. Editorial C.E.C.S.A., 1980.

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Ref.023.13

1.8.13

Calor (cal/g) de






DIAGRAMAS DE FASES

Hasta el momento ha estudiado tres clases de equilibrio:

Sólido ========> Gas

<=========

Líquido ========> líquido

<=========

Sólido ========> Gas

<=========

Las condiciones bajo las cuales una sustancia puede existir como sólido, líquido o gas y las condiciones

bajo las cuales existe equilibrio entre dos o tres de estas fases, se representan gráficamente mediante un

DIAGRAMA DE FASES. El diagrama de fases de una sustancia pura consiste en una gráfica de la

presión contra la temperatura de la sustancia. La siguiente figura representa el diagrama de fases del

agua: pagina 499 libro de texto

25

20

PRESION

(mm de Hg)

15

10

5

D B

G

E

LIQUIDO

H

S

O

L

I

D

O GAS

F

A

C

-5 0 5 10 15 20 25 30

TEMPERATURA (°C)

...2... Folleto 6.....

Interpretación del diagrama de fases:

1) En las regiones marcadas sólido, líquido o gas, existe una sola fase, y ésta será la indicada por este

rótulo. La región del diagrama que corresponde al estado sólido se caracteriza por las temperaturas

bajas y presiones altas. El estado líquido está presente a presiones y temperaturas intermedias. Por

ejemplo, en el punto E, o sea a una presión de 20 mm Hg y temperatura de 20 grados centígrados, el

agua existe en una sola fase LIQUIDA.

2) A lo largo de cada línea, existen dos fases en equilibrio: las dos fases rotuladas a ambos lados de la

línea. Cada una de estas líneas nos indica las condiciones de temperatura y presión bajo las cuales

existen dos fases en equilibrio.

Línea AB: Esta es la curva de presión de vapor del agua. Cualquier punto en esta línea

representa un equilibrio entre agua líquida y vapor de agua gaseosa. Cada punto nos da la presión de

vapor del agua a la temperatura correspondiente. Por ejemplo, en el punto B vemos que la presión de

vapor del agua a 25 grados centígrados es 24 mm de Hg.

Línea AC: Esta es la curva de presión de vapor del hielo. Cualquier punto en esta línea representa un

equilibrio entre hielo y agua gaseosa. Cada punto de la línea nos da la presión de vapor del hielo a la

temperatura correspondiente. Por ejemplo, en el punto C, leemos que a –3 grados centígrados la

presión de vapor del hielo es 3mm de Hg.

Línea AD: Es la curva de fusión o congelación del agua. Cualquier punto representa un equilibrio

entre agua líquida y hielo. Cada punto nos da la temperatura de fusión del hielo a la presión

correspondiente.

Si observamos la curva de fusión del agua encontramos que la línea AD se inclina ligeramente hacia la

izquierda lo que significa que al aumentar la presión, el punto de fusión del hielo disminuye levemente.

Esto es así porque un aumento en la presión favorece la formación de la fase líquida, debido a que la

fase líquida tiene una densidad mayor que la fase sólida; el agua líquida es más densa que el hielo. El

hecho de que el hielo flota en el agua confirma esta observación. El agua es una de las pocas

sustancias que observan un comportamiento semejante. La mayoría de las sustancias son más densas

en su estado sólido que en el líquido. Por lo tanto un aumento en su presión favorece la fase más densa

que es la sólida y aumenta el punto de fusión. En tales casos la curva de fusión del diagrama de fases

se inclina hacia la derecha.

3) En el punto A, donde se unen las tres líneas, existen tres fases en equilibrio: hielo, agua y agua

gaseosa. Por esta razón se le llama PUNTO TRIPLE. El punto triple del agua ocurre a 0.01°C y a

una presión de 4.46 mm de Hg. Los sólidos se subliman a cualquier temperatura menor que la

temperatura de su punto triple.

En general, los diagramas de fases de otras sustancias puras se interpretan en forma similar al que hemos

discutido.

Ejercicios: Usando el diagrama de fase del agua que aparece en este folleto, indique:

35. ¿Cuáles son las fases presentes en los siguientes puntos?

A _________________ F___________________ G _________________ H __________________

36. ¿Cuál es la presión de vapor del agua a 10°C?

37. ¿En qué estado existe el agua a 5°C y una presión de 4.0 mm de Hg?

SC/vgg

Ref.024.13

1.8.13



Escuela de Química



HOJA DE TRABAJO

Estados de la Materia

I PARTE:

Conteste cada una de las preguntas, colocando sobre la línea la letra que corresponde el término enlistado

en la parte inferior.

38. El agua puede existir a 100°C y 1 atmósfera de presión, como gas y como _____________________

39. La fase en la cual el movimiento molecular es más restringido es: ____________________________

40. Cuando un líquido es calentado la presión de vapor _______________________________________

41. Es una propiedad de los líquidos que describe la resistencia a fluir:___________________________

42. En qué estado la materia asume la forma de y llena completamente el recipiente en el cual es

colocado:____________________________________________

43. Una gota de líquido tiene una forma específica debido a la propiedad _________________________

44. Cuando la presión es disminuida, el punto de ebullición de un líquido__________________________

45. Cuando la temperatura de un líquido se incrementa, el porcentaje de evaporación:________________

46. ______________________________ es la condición en la cual el porcentaje de dos tendencias

opuestas es igual.

47. En el __________________________________ la presión de vapor de un líquido es de 1 atm.

48. __________________________________ es la temperatura a la cual el líquido y el sólido están en

equilibrio a 1atmósfera.

49. _______________________________ es el proceso en el cual la fase sólida para directamente a la

fase de vapor.

a) decrece

b)

c) incrementa

d) se queda igual

e) gaseoso

f) líquido

g) sólido

h) tensión superficial

i) viscosidad

j) punto de fusión

k) punto normal eb.

l) Sublimación

m) Equilibrio

....2....Hoja de Trabajo ....Estados de la Materia.......

II PARTE:

50. En el diagrama de fases del azufre el área A representa la fase:_______________________________

51. El área B representa la fase: __________________________________________________________

52. En el diagrama de fases del azufre el área C representa la fase:_______________________________

53. En el diagrama de fases del azufre D representa: __________________________________________

54. En el diagrama de fases del azufre la línea E representa el equilibrio entre:_____________________

55. En el diagrama de fases del azufre la línea F representa el equilibrio entre:_____________________

56. La línea G representa el equilibrio entre ________________________________________________

57. ¿Qué sustancia tiene el punto de ebullición menor, azufre o carbono?

___________________________________________

58. Cuando el azufre es calentado a 1 atm de 10°C a 150°C el cambio observado es

___________________________________________

59. Cuando el carbono es calentado a una atmósfera de 100°C a 150°C, qué cambio se observa?

__________________________________________.

60. Cuando una muestra de azufre se mantiene a 100°C y se reduce la presión de 1 atmósfera a

1 X 10-6

atm, qué cambio ocurre? _______________________________

61. Cuando la presión externa sobre una muestra de azufre es mantenida a 150°C se reduce de 1 a

1 X 10-6

atm el cambio de fase que ocurre es: ____________________________________

62. A 3000°C y 1 atm, cuál es la fase de carbono que existe?____________________________________

a) Azufre

b) Carbono

c) Sulfuro de carbono

d) Gas - sólido

e) Líquido - sólido

f) Líquido - gas

g) Sólido - gas

h) Sólido – líquido

i) Ninguno

j) Gaseosa

k) Líquido

l) Sólido

m) Punto triple

10°

1

10-2

10-4

10-6

sólido F líquido

B

A G

C

D gas

E

104

103

102

10

1

S l

g

100 200

Azufre Monoclínico

4000 8000

Carbono

....3....Hoja de Trabajo ....Estados de la Materia.......

III PARTE:

Observe detenidamente el siguiente diagrama de fases del carbono y responda las siguientes preguntas:

10°

20000

atm

130

1

DIAMANTE

1

LIQUIDO

2

GRAFITO

3

GAS

25 3300 5500

TEMPERATURA (°C)

63. ¿Cuál fase o fases existen en el punto 1? _______________________________________________



66. ¿Cómo cambia el punto de ebullición al disminuir la presión? ______________________________

67. Indique el rango de presión y temperatura a que sublima el grafito __________________________

68. Indique el rango de presión y temperatura a que sublima el diamante ________________________

69. Indique los cambios que ocurren cuando el grafito a 30 grados centígrados y 200 atmósferas de

presión se calienta hasta 5000 grados centígrados a presión constante

________________________________________________________

70. Indique los cambios que ocurren cuando el grafito a 3000°C y 1 atmósfera de presión se comprime

hasta 99,000 atmósferas de presión a temperatura constante:

________________________________________________________

71. ¿Cómo se puede convertir el grafito en diamante a temperatura ambiente?

________________________________________________________

72. ¿Cómo cambia el punto de fusión de diamante al aumentar la presión _______________________

SC/vgg

Ref.025.13

5.6.13

Propiedades de los Líquidos - … · Aunque la densidad de la grapa es mayor que la del agua, la...

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