Sólidos, líquidos y gases
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Profesor: FABIÁN ORTIZ Ciclo IV – Grado Noveno “Hacia la Excelencia desde
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Profesor: FABIÁN ORTIZCiclo IV – Grado Noveno
“Hacia la Excelencia desde una Sociedad de Afecto”.
¿CÓMO ES LA INTERACCIÓN MOLECULAR Y LA ENERGÍA INTERNA EN LOS DIFERENTES
ESTADOS DE LA MATERIA? ¿QUÉ ELEMENTOS TIENEN MAYOR O MENOR INTERACCIÓN DÉBIL MEDIA Y FUERTE?
Competencia: Aproximar científicamente al
mundo natural y participar en el desarrollo
sostenible de la naturaleza.
Desempeño D: Compara sólidos, líquidos y
gases, teniendo en cuenta el movimiento de sus
moléculas y las fuerzas electrostáticas.
FASES CONDENSADASSÓLIDOS Y LÍQUIDOS
• LAS FASES CONDENSADAS SON EL RESULTADO DE LAS FUERZAS DE ATRACCIÓN ENTRE ÁTOMOS, IONES o MOLÉCULAS.
• ÉSTOS FORMAN SÓLIDOS CUANDO NO TIENEN ENERGÍA SUFICIENTE COMO PARA ESCAPAR DE SUS VECINOS.
• FORMAN LÍQUIDOS CUANDO PUEDEN MOVERSE EN RELACIÓN CON SUS VECINOS PERO NO ALEJARSE TOTALMENTE DE ELLOS.
SÓLIDOS
Todos los sólidos presentan dos propiedades físicas que los caracterizan, tienen forma y volumen propio. Esto se debe a que las fuerzas de cohesión que mantienen unidas sus unidades fundamentales son muy intensas, permitiendo que éstas tengan, tan solo, movimientos de vibración en su sitio.
En un sólido cristalino
sus unidades (átomos,
iónes o moléculas) están
ordenadas en disposiciones
bien definidas.
Por este motivo tienen
superficies planas o caras
con ángulos bien definidos.
Ejemplos: amatista, cuarzo,
diamante.
AMATISTA
E
n un sólido amorfo (del griego “sin forma”)
l
as partículas no siguen
u
na estructura ordenada,
p
or lo cual estos sólidos
c
arecen de forma y caras
b
ien definidas.
L
os más conocidos son el
h
ule y el vidrio.
EL ARREGLO DE ÁTOMOS, IONES O MOLÉCULAS SE DETERMINA EXPERIMENTALMENTE POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X. ASÍ SE COMPROBÓ QUE TODO SÓLIDO CRISTALINO ESTA FORMADO POR:
Celdas unitarias: son las unidades de repetición que conforman un sólido
cristalino.
Red cristalina: es una
matriz tridimensional de
Puntos, formada por
repetición de celdas
unitarias.
TIPOS DE SÓLIDOSL
as propiedades físicas de los sólidos cristalinos, como su punto de
fusión y su dureza, dependen tanto del acomodo de las partículas
como de las fuerzas que las mantienen unidas.
A
sí los sólidos pueden clasificarse de acuerdo a los fuerzas actuantes
en ellos en:
S
ÓLIDOS IÓNICOS.
S
ÓLIDOS DE RED COVALENTES.
S
ÓLIDOS MOLECULARES.
S
ÓLIDOS METÁLICOS.
SÓLIDOS IÓNICOSC
onsisten en iones que sem
antienen unidos por fuerzase
lectrostáticas. Éstas, si bien soni
ntensas, dependen de la carga yd
el tamaño de los iones (a mayorc
arga y menor tamaño, la fuerzae
s mayor).E
jemplos: NaCl – MgO – LiF – C
aO -KCl - AgCl
EL NaCl ES UN SÓLIDO TÍPICO CON ESTRUCTURA
CÚBICA CENTRADA EN CARAS
Son sólidos duros y quebradizos.
Poseen altos puntos de fusión.
Baja conductividad térmica.
Son malos conductores de la electricidad en estado sólido.
PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS IÓNICOS.
Es de hacer notar que las sustancia iónicas se denominan, en algunos casos, electrolitos pues en estado líquido o disueltas en agua conducen la electricidad.
C
onsisten en átomos
u
nidos en grandes
redes o cadenas
m
ediante enlaces
c
ovalentes.
SÓLIDOS DE RED COVALENTED
ado que estos enlacess
on más intensos, loss
ólidos son duros y sus p
untos de fusión sonm
ás altos que loss
ólidos moleculares.Ejemplos
GRAFITO ( C ) – DIAMANTE ( C ) – CUARZO ( Si O2 ) – CARBURO DE SILICIO ( Si C) – NITRURO DE BORO ( BN )
VARIEDADES ALOTRÓPICAS DEL CARBONO: DIAMANTE Y GRAFITOD
IAMANTE: cada átomo
d
e carbono está unido a
c
uatro átomos vecinos en
c
onfiguración tetraédrica.
G
RAFITO: los átomos se
d
isponen en anillos
h
exagonales interconectados,
u
nidos a 3 átomos vecinos y
d
ejando un electrón libre..
DIAMANTE: sólido muy duro y de elevadísimo punto de fusión (3550ºC)GRAFITO: buen conductor de la electricidad y grasoso al tacto.
SÓLIDOS MOLECULARES
Contienen átomos omoléculas
unidos por fuerzasIntermoleculares ( dipolo-dipolo,
de dispersión o de London y puente de hidrógeno).
Son blandos
Tienen puntos de fusión relativamente
bajos por lo general menos
de 200º C
Ejemplos Ar, H2O, CO2
Benceno, Tolueno
SÓLIDOS METÁLICOSS
ON LLAMADOS SIMPLEMENTE METALES.
L
OS CATIONES DE UN METAL SE MANTIENEN UNIDOS POR SU INTERACCIÓN CON EL “MAR DE
ELECTRONES” FORMADO POR LOS ELECTRONES QUE HAN PERDIDO A FIN DE ESTABILIZARSE.
E
STOS ELECTRONES SE DENOMINAN DESLOCALIZADOS PUES NO PERTENECEN A NINGUN
ÁTOMO, SINO QUE FORMAN ESTE “MAR”.
.
L
A FUERZA QUE MANTIENE UNIDOS LOS ÁTOMOS METÁLICOS VARÍA
CONSIDERABLEMENTE PUES DEPENDE DEL NÚMERO DE ELECTRONES DISPONIBLES
PARA LOS ENLACES.
E
STE HECHO HACE QUE LAS PROPIEDADES FÍSICAS SEAN VARIABLES DE UN METAL A
OTRO.
HIERRO
PROPIEDADES DE LOS METALES
Desde blandos hasta muy duros.Punto de fusión desde bajos hasta altos.Excelente conductividad térmica y eléctrica.Dúctiles (hilos o alambres). Maleables (pueden martillarse hasta armar láminas).
No cambia la atracción entre las capas.
Éstas se desplazan sin romperse
TIPO DE SÓLIDO EJEMPLOS FUERZAS INTERACTUANTES PROPIEDADES
Molecular
Argón (Ar)
metano (CH4)
hielo (H2O)
Blandos, Puntos de fusión bajos o moderadamente altos, Baja conductividad térmica y eléctrica.
De red covalente Diamante (C)
Cuarzo (SiO2)
Muy duros, punto de fusión muy alto, comúnmente baja conductividad térmica y eléctrica.
Iónico
Na Cl
Ca (NO3)2
Duros, quebradizos, alto punto de fusión, baja conductividad térmica y eléctrica.
Metálico
Todos los elementos metálicos, como el Cu, Al, Fe, W
Desde blandos hasta muy duros, Punto de fusión desde bajos hasta altos. Excelente conductividad térmica y eléctrica. Dúctiles y Maleables
LÍQUIDOS: UN ESTADO INTERMEDIO DE LA MATERIA
http//:dta.utalca.cl/quim/
N
o tienen formas definidas
T
ienen volumen definido
T
ienen densidad elevada
S
on fluidos
D
ifunden a través de otros líquidos
CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS
S
us partículas se presentan
bastante próximas entre si
L
as partículas poseen movimiento
al azar en tres dimensiones
TEORIA CINETICO MOLECULAR. 1
L
as fuerzas intermoleculares entre partículas vecinas las mantienen
próximas, por esto casi no hay espacios vacíos. En consecuencia son
poco compresibles.
L
as partículas tienen suficiente energía cinética como para superar
parcialmente las fuerzas atractivas.
L
as partículas son capaces de deslizarse entre si y adoptar la forma del
recipiente.
TEORIA CINETICO MOLECULAR. 2
Su superficie es lisa debido a las fuerzas intermoleculares que las atraen entre si y hacia el interior del líquido
Difunden en otros líquidos, en los que son muy miscibles, la difusión es lenta a temperaturas normales.
Imagen: difusión de una solución acuosa de KMnO4 en agua.
www. kalipedia. com
•Las separaciones medias entre las partículas de los líquidos son mucho menores que en los
gases por esto los líquidos tienen densidades mucho mayores que los gases.
TEORIA CINETICO MOLECULAR. 3
GASES LÍQUIDOS
www.geocities.com
TEORIA CINETICO MOLECULAR. 4
L
a disminución de la temperatura disminuye la
energía cinética de las moléculas. Si las fuerzas
atractivas superan la energía cinética se produce
“solidificación”
www.viajeros.com
PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS
Las propiedades de los líquidos dependen de su naturaleza y de las fuerzas intermoleculares presentes en ellos.Por esto varían notablemente de un líquido a otro.
LAS PRINCIPALES PROPIEDADES DEL ESTADO LÍQUIDO SON: Viscosidad
Tensión superficial
Acción capilar
Evaporación
Condensación
Presión de vapor
Punto de ebullición
VISCOSIDAD: ¿QUÉ ES?Es la
resistencia de un líquido a fluir.
A mayor
viscosidad mayor resistencia a fluir (ej. la miel es más viscosa que el agua, pues posee más
resistencia a fluir).
Se
manifiesta solo en líquidos en movimiento, ya que en reposo solamente actúa la gravedad (g)
¿En que unidades se mide?La viscosidad se mide en:
cSt = mm2/seg. (Centistokes), ó cP =cSt/ (Centipoises) según el sistema internacional.
Antiguamente se utilizaban los Segundos Saybolt Universales (SSU), sistema ahora en desuso.
¿A QUÉ SE DEBE?
La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento que produce el movimiento de una
capa de fluido con respecto a otro.
E
ste movimiento produce una fuerza tangencial a la que se oponen las moléculas de la capa inferior.
Puede considerarse como causada por el rozamiento ó fricción interna entre las moléculas y se
presenta tanto en líquidos como en gases aunque en éstos suele ser despreciable.
representación de una fuerza tangencial (www.wikipedia.com)
¿DE QUE FACTORES EXTERNOS DEPENDE?
La viscosidad es característica tanto de los gases como de los líquidos, aunque éstos presentan coeficientes de viscosidad mucho más altos que los gases. Los superfluidos presentan viscosidad cero.
Los coeficientes de viscosidad en la mayoría de los casos disminuyen al aumentar la temperatura, ya que la mayor energía cinética de las moléculas les permite superar las fuerzas intermoleculares.
La presión tiene poca o nula incidencia dado que es un estado condensado.
En los líquidos el factor dominante para determinar la viscosidad es la interacción molecular.
¿CÓMO INFLUYEN LAS FUERZAS INTERMOLECULARES?
Las sustancias con fuerzas intermoleculares mayores serán más viscosas.
Las sustancias con posibilidad de formar puentes de hidrógeno tienen altas viscosidades (glicerina).
El incremento de tamaño y área superficial de las moléculas aumenta las fuerzas de London y en consecuencia la viscosidad.
Cuanto más largas son las moléculas más difícil les resulta fluir.
Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras. (www.wikipedia.com)
TENSION SUPERFICIALE
s el fenómeno por el cual la superficie de un líquido se comporta como una pequeña película elástica.
Puede representarse como la cantidad de energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área.
A nivel microscópico se debe a que las moléculas del interior están sometidas a distintas fuerzas que las de la superficie.
La tensión superficial puede afectar impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de un clip en el agua. (masabadell.files.wordpress.com/2007/11/robert...)
¿A QUE SE DEBE ESTE EFECTO?
Las moléculas del interior son atraídas en todas las direcciones por las fuerzas intermoleculares.
Las moléculas de la superficie son atraídas por las moléculas vecinas hacia los costados y hacia adentro. Estas atracciones hacia el interior provocan que la superficie se tense como una película elástica.
Los sistemas tienden a estar en el estado energético mas bajo posible. Como las moléculas del interior del líquido tienen menor energía promedio, el sistema tiende a bajar su energía disminuyendo el número de moléculas en la superficie.
EL AGUA NO MOJA LA SUPERFICIE CEROSA DE LAS MANZANAS
El principal efecto de la tensión superficial es que el líquido tiende a reducir su superficie para un volumen dado, por esto adoptan forma esférica.
Las gotas de los líquidos adoptan esa forma cuando están en contacto con una superficie con la que la atracción es mínima.
Cuando el líquido tiene afinidad con la superficie “la moja”.
http://www.latercera.cl/vgn/images/portal/FOTO042005/151841380tension-superficial-
ACCION CAPILAR
S
e denomina de esta manera al ascenso de un líquido a través de un
tubo de pequeño diámetro (capilar) que está sumergido en aquel.
A
ctúan fuerzas:
C
ohesivas, entre moléculas semejantes
A
dhesivas, entre moléculas diferentes
FORMACIÓN DEL MENISCOE
l menisco de un líquido es la
superficie curva que se forma en un
tubo angosto.
M
enisco cóncavo: las fuerzas
adhesivas superan a las cohesivas
Ej.: agua.
M
enisco convexo: las fuerzas
cohesivas superan a las adhesivas
E
j.:mercurio.
Menisco
cóncavo
Menisco convexo
www.wikipedia.com
¿POR QUÉ ASCIENDE EL LÍQUIDO?
Cuando la parte inferior de un capilar se coloca verticalmente, en contacto con un líquido como el agua, se forma un menisco cóncavo; la tensión superficial succiona la columna líquida hacia arriba hasta que el peso del líquido sea suficiente para que la fuerza de la gravedad se equilibre con la tensión superficial.
¿CUÁNTO ASCENDERÁ EL LÍQUIDO?
E
l peso de la columna líquida es proporcional al cuadrado del
diámetro del tubo.
U
n tubo angosto succionará el líquido en una longitud mayor que
un tubo ancho. Así, un tubo de vidrio de 0,1 mm de diámetro
levantará una columna de agua de 30 cm.
EJEMPLOS DE ACCIÓN CAPILAR
Debido a la acción capilar el agua sube por los intersticios
de un terrón de azúcar o sobre un trozo de papel secante.
E
s en parte también gracias a este efecto que el agua puede
subir a través de los conductos de una planta para
transportar nutrientes.
EVAPORACION
Es el proceso por el cual las moléculas de la superficie del líquido pasan a la fase gaseosa.
La velocidad del proceso aumenta con el aumento de la temperatura.
La evaporación produce descenso de la temperatura del líquido. Se debe a que la energía cinética media en el líquido baja al escapar al vapor las moléculas con mayor energía cinética, es por esto que se enfría.
Si el sistema es cerrado, las moléculas de vapor al tocar la superficie del líquido podrán ser atrapadas por él y condensar.
EQUILIBRIO DINÁMICO
S
e denomina así a la situación en la cual la velocidad de evaporación
es igual a la de condensación.
E
l numero de moléculas que se evapora es igual al de moléculas que
se condensan.
EVAPORACION Y CONDENSACION
S
i al sistema lo hiciéramos abierto, las moléculas del vapor
difundirían alejándose de la superficie del líquido.
C
omo todos los sistemas tienden a restaurar las condiciones
de equilibrio mas moléculas pasarían del líquido al vapor
para reponer las moléculas perdidas.
S
i dejáramos el recipiente destapado, el líquido se
evaporaría por completo.
PRESION DE VAPOR
Es la presión parcial que ejercen las moléculas que pasaron al vapor, sobre la superficie del líquido en el equilibrio, a una temperatura dada.
La presión de vapor ó de saturación es la máxima presión que pueden ejercer los vapores a una temperatura (T) dada.
El valor de la presión de vapor de un líquido depende de la temperatura.
Al aumentar T, aumenta la velocidad de evaporación y el sistema tiende a volver al equilibrio, aumentando la cantidad de moléculas que condensan.
PRESION DE VAPORC
on el aumento de T se alcanza un nuevo valor de presión de vapor, mas elevado puesto que hay mas moléculas en el vapor.
El valor de la presión
de vapor a una T dada
es una característica
propia de cada líquido.
Variación de la presión de
vapor de éter, benceno y
agua con la temperatura
http://
inorganica.com/tema11_archivos/liquido _ archivos/puntoe.jpg
PUNTO DE EBULLICION
S
e denomina así a la T a la cual la presión de vapor del
líquido es igual a la presión externa. Si esta última es 1
atm. se lo llama p. de eb. Normal.
A
esa T en el interior del líquido se forman burbujas, estas
suben a la superficie y revientan liberando vapor a la
atmósfera. Este proceso es masivo, ocurre en todo el
líquido, a diferencia de la evaporación que se da a nivel
superficial.
PUNTO DE EBULLICION
Cuando se suministra calor a un líquido en su p. de eb. la T permanece constante. Todo el calor suministrado se emplea para vencer las fuerzas de cohesión del líquido para formar vapor.
El punto de ebullición varía en forma directamente proporcional a la presión externa a la que está sometido el líquido.
El punto de ebullición es una de las constantes físicas que caracterizan a las sustancias.
Las diferencias entre los p. de eb., a una T dada, se debe a las diferencias en las fuerzas cohesivas de distintos líquidos.
TRANSFERENCIA DE CALOR Y CAMBIOS DE ESTADO
Para alcanzar el punto de ebullición de un líquido debe suministrarse calor. Frecuentemente se trabaja a presión constante (p. atmosférica).
El Calor molar de vaporización o Entalpía de vaporización H vap es la cantidad de calor, a presión constante, que se debe suministrar a un mol de líquido en su punto de ebullición para transformarlo en vapor sin que cambie la temperatura.
Las unidades que se emplean son kJ/mol ó kc/mol.
Si los valores de H son >0, el proceso es endotérmico, el sistema absorbe calor del medio,
Por el contrario el proceso es exotérmico cuando libera calor al medio y H es <0.
CALORES DE VAPORIZACIÓN, PUNTOS DE EBULLICIÓN Y PRESIONES DE VAPOR DE ALGUNOS LÍQUIDOS
Líquido PM
Pvap
(torr 20 °C)
P.eb.
(en °C a 1 atm)
H vap en P.eb.
(kJ/mol)
Agua 18,0 17,5 100 40,7
Etanol 46,1 43,9 78,3 39,3
Benceno 78,1 74,6 80,1 30,8
Dietil éter 74,1 442 34,6 26,0
Tetracloruro de Carbono
153,8
85,6 76,8 32,8
Etilen glicol 67,1 0,1 197,3 58,9
Los valores de la tabla nuevamente reflejan la influencia de las fuerzas atractivas.
El agua, el etanol y el etilen glicol presentan puentes de hidrógeno, eso explica sus altos valores de pto. eb. y H vap. Los líquidos con valores elevados de H vap. son útiles como refrigerantes. El benceno por no presentar este tipo de fuerzas cohesivas tiene valores mas bajos y no resulta adecuado.
¿COMO SE INTERPRETAN ESTOS DATOS?
¿QUÉ SUCEDE AL CONDENSAR EL VAPOR?
L
a condensación es el proceso inverso a la evaporación.
E
l calor de condensación de un líquido es igual en
magnitud pero de signo opuesto al calor de vaporización.
L
a vaporización siempre tiene para un líquido H >0, es
un proceso endotérmico y la condensación es un proceso
exotérmico (H <0).
PROPIEDAD LÍQUIDOS VOLÁTILES
F. I. débiles
LÍQUIDOS NO VOLÁTILES
F. I. fuertes
Fuerzas cohes. Baja Alta
Viscosidad Baja Alta
Tensión superf. Baja Alta
Presión vapor Alta Baja
Veloc. de evap. Alta Baja
Punto fusión Bajo Alto
Punto ebullic. Bajo Alto
EFECTOS DE LAS FUERZAS INTERMOLECULARES SOBRE LAS PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS
BIBLIOGRAFIA
A
tkins, Principios de Química. Ed. Médica Panamericana, 3º Ed. 2005
W
hitten, Química General. Mc Graw Hill, 5º Ed. 1998
C
hang, Química, Mc Graw Hill, 9º Ed. 2007
R
ecursos electrónicos:
www.wikipedia.com
www.textos
científicos.com
www.educaplus.net
L
as imágenes utilizadas indican su origen.
