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FUNDAMENTOS DE QUMICA

Tema X: LQUIDOS, SLIDOS Y

FUERZAS INTERMOLECULARES

1. La teora cintica molecular de lquidos y slidos

2. Fuerzas intermoleculares

3. Propiedades de los cristales

4. Estructura cristalina

5. Difraccin de rayos X por los cristales

6. Tipos de cristales

7. Slidos amorfos

8. Cambios de fase

9. Diagramas de fase

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1. La teora cintica molecular de lquidos y slidos Las distancias entre las molculas gaseosas son tan grandes (comparadas con su tamao) que, a las

temperaturas y presiones ordinarias (es decir. 25C y 1 atm), no hay una interaccin apreciable entre ellas. Debido a que en los gases hay mucho espacio vaco, es decir, espacio no ocupado por molculas, los gases se

comprimen con facilidad. Las fuerzas dbiles que operan entre las molculas de los gases tambin les permiten

expandirse y llenar el volumen del recipiente que los contiene. Asimismo, el enorme espacio vaco entre los

gases explica su baja densidad en condiciones normales.

1. La teora cintica molecular de lquidos y slidos

Los lquidos y los slidos son otra historia. La diferencia principal entre los estados condensados (lquidos y

slidos) y el estado gaseoso estriba en la distancia entre las molculas.

En los lquidos, las molculas estn tan juntas que hay muy poco espacio vaco; por ello son ms difciles de

comprimir y, en condiciones normales, son mucho ms densos que los gases.

Las molculas de los lquidos se mantienen juntas por uno o ms tipos de fuerzas de atraccin, las cuales se

estudiaran en la siguiente seccin. En este caso, las molculas no escapan de las fuerzas de atraccin y por ello

los lquidos tienen tambin un volumen definido. Sin embargo, como las molculas se mueven con libertad, un

liquido puede fluir, derramarse y adoptar la forma del recipiente que lo contiene.

En un slido, las molculas ocupan una posicin rgida y prcticamente no tienen libertad para moverse. Muchos

slidos tienen como caracterstica un ordenamiento de largo alcance, es decir, sus molculas estn distribuidas

en una configuracin regular tridimensional.

En un slido hay an menos espacio vaco que en un lquido. Por ello, los slidos son casi incompresibles y su

forma y volumen estn bien definidos.

Con algunas excepciones (como la del agua, que es la ms importante), la densidad de la forma slida es mayor

que la de la forma liquida para una sustancia dada. En una sustancia dada suelen coexistir los dos estados. EI

ejemplo ms comn es el de un cubo de hielo (slido) flotando en un vaso de agua (lquido).

Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atraccin entre las molculas.

Ejercen mucha influencia en las fases condensadas de la materia, es decir, en los lquidos y los slidos. A medida

que baja la temperatura de un gas disminuye la energa cintica promedio de sus molculas. As, a una

temperatura suficientemente baja, las molculas ya no tienen la energa necesaria para liberarse de la atraccin

de las molculas vecinas (fuerzas intermoleculares). En este momento, las molculas se agregan y forman

pequeas gotas de lquido. Esta transicin de la fase gaseosa a la fase liquida se conoce como condensacin.

A diferencia de las fuerzas intermoleculares, las fuerzas intramoleculares mantienen juntos a los tomos de una

molcula. (En el enlace qumico, que se estudio en los temas anteriores, participan fuerzas intramoleculares.)

Estas fuerzas estabilizan a las molculas individuales, en tanto que las fuerzas intermoleculares son las

principales responsables de las propiedades microscpicas de la materia (por ejemplo, punto de fusin y punto

de ebullicin).

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Las fuerzas intermoleculares suelen ser ms dbiles que las intramoleculares; por ello, se necesita menos

energa para evaporar un lquido que para romper los enlaces de sus molculas.

Por ejemplo, para evaporar 1 mol de agua en su punto de ebullicin son suficientes alrededor de 41 kJ de

energa; en cambio, para romper los dos enlaces O-H en 1 mol de molculas de agua es necesario aplicar unos

930 kJ de energa.

En general, los puntos de ebullicin de las sustancias reflejan la magnitud de las fuerzas intermoleculares que

actan entre las molculas. En el punto de ebullicin se debe suministrar suficiente energa para vencer las

fuerzas de atraccin entre las molculas a fin de que entren a la fase de vapor. Si se precisa ms energa para

separar las molculas de la sustancia A que de la sustancia B es porque las molculas de A estn unidas por

fuerzas intermoleculares ms fuertes, por tanto, el punto de ebullicin de A ser mayor que el de B.

El mismo principio se aplica tambin al punto de fusin de las sustancias. Por lo general, los puntos de fusin

de las sustancias aumentan con la intensidad de las fuerzas intermoleculares.

Para comprender las propiedades de la materia condensada es necesario entender los diferentes tipos de

fuerzas intermoleculares:

Las fuerzas dipolo-dipolo, Las fuerzas dipolo-dipolo inducido Las fuerzas de dispersin

integran lo que los qumicos denominan fuerzas de Van der Waals, nombradas as en reconocimiento al fsico

holands Johannes van der Waals. Los iones y dipolos se atraen entre si mediante fuerzas electrostticas

conocidas como fuerzas ion-dipolo, que no son fuerzas de van der Waals.

El enlace de hidrogeno es un tipo de interaccin dipolo-dipolo particularmente fuerte. Dado que slo unos

pocos elementos participan en la formacin del enlace de hidrogeno, ste se trata como una categora aparte.

Segn la fase de una sustancia, la naturaleza de los enlaces qumicos y los tipos de elementos que la

componen, en la atraccin total entre las molculas pueden actuar distintos tipos de interacciones, como se

vera en seguida.

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Fuerzas dipolo-dipolo

Las fuerzas dipolo-dipolo son las fuerzas de atraccin entre molculas polares, es decir, entre molculas que

poseen momentos dipolares. Su origen es electrosttico y se pueden entender en funcin de la ley de Coulomb. A

mayor momento dipolar mayor es la fuerza.

La figura inferior muestra la orientacin de molculas polares en un lquido y en un slido. En los lquidos, las

molculas polares no estn unidas de manera tan rgida como en un slido, pero tienden a alinearse de tal manera

que, en promedio, las interacciones de atraccin son mximas.

+ +

+ + +

+

+ + +

Slidos Lquidos

Fueras ion-dipolo

La Ley de Coulomb tambin explica las fuerzas ion-dipolo,

las cuales atraen entre si un ion y una molcula polar. La

intensidad de esta interaccin depende:

la carga y tamao del ion la magnitud del momento dipolar y del tamao de

la molcula.

Las cargas en los cationes estn ms concentradas porque

estos iones suelen ser ms pequeos que los aniones. En

consecuencia, con una carga de igual magnitud, un catin

experimenta una interaccin ms fuerte con los dipolos que

un anin.


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Fuerzas ion-dipolo

La hidratacin es un ejemplo de interaccin ion-dipolo.

En una disolucin acuosa de NaCl, los iones Na+ y Cl- se

rodean de molculas de agua, las cuales tienen un gran

momento dipolar (1.87 D). Cuando se disuelve un

compuesto inico como NaCl, las molculas de agua

actan como un aislante elctrico que separa a los iones.

En cambio, el tetracloruro de carbono (CCl4), una

molcula no polar, carece de la capacidad de participar en

una interaccin ion-dipolo. En consecuencia, el

tetracloruro de carbono es un mal disolvente de

compuestos inicos, al igual que la mayora de los

lquidos no polares.

En la figura de la izquierda se demuestra la atraccin ion-

dipolo. EI agua de la bureta se deja correr y se recoge en

un vaso. Si se acerca una varilla cargada negativamente

(por ejemplo, una varilla de ebonita frotada en el pelo) al

chorro de agua, sta se desva hacia la varilla. Lo mismo

sucede cuando la varilla se remplaza por un objeto

cargado positivamente (por ejemplo, una varilla de vidrio

frotada en seda). Con la varilla de ebonita, las molculas

se orientan de tal forma que los extremos positivos de los

dipolos quedan ms cerca de la varilla, es decir, son

atrados por la carga negativa. Con la varilla de vidrio, los

extremos negativos de los dipolos de agua se orientan

hacia la carga positiva de la varilla. La misma desviacin

se observa con otros lquidos polares, pero no cuando se

usan lquidos no polares, como el hexano (C6H6).


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Qu fuerzas de atraccin se establecen entre las sustancias no

polares?. Para contestar esta pregunta analice el esquema de la

figura.

Si un in o una molcula polar se acerca a un tomo (o una

molcula no polar), la distribucin electrnica del tomo (o

molcula) se distorsiona por la fuerza que ejerce el ion o la molcula

polar, dando lugar a una clase de dipolo. Se dice que el dipolo del

tomo (o molcula no polar) es un dipolo inducido porque la

separacin de sus cargas positivas y negativas se debe a la

proximidad de in o una molcula polar. La atraccin entre un ion y

el dipolo inducido se conoce como interaccin dipolo-dipolo

inducido.

La probabilidad de inducir un momento dipolar depende de:

la carga del ion la fuerza del dipolo el grado de polarizacin del tomo o molcula, es decir, de

que tan fcil se distorsione la distribucin electrnica del

tomo (o molcula).

Fueras dipolo-dipolo inducido


En general, un tomo o molcula tiende a ser ms polarizable a medida que aumenta el nmero de electrones y

se hace ms difusa la nube electrnica. Por nube difusa se entiende una nube electrnica que se distribuye en

un volumen considerable, de tal forma que los electrones no estn fuertemente unidos al ncleo.

El carcter polarizable de los gases que contienen tomos o molculas no polares (por ejemplo, He y N2) les

permite condensarse. En un tomo de helio, los electrones se mueven a cierta distancia del ncleo. En un

instante cualquiera los tomos pueden tener un momento dipolar generado por las posiciones especficas de los

electrones.

Este momento dipolar se denomina dipolo instantneo porque dura slo una pequea fraccin de segundo. En

otro instante, los electrones cambian de posicin y el tomo tiene un nuevo dipolo instantneo, y as

sucesivamente. Sin embargo, en un tiempo promedio (el tiempo que toma medir un momento dipolar), el tomo

no tiene momento dipolar porque los dipolos instantneos se cancelan entre s. En un conjunto de tomos de He,

es posible que el dipolo instantneo de un solo tomo induzca un dipolo en cada uno de sus tomos vecinos. En

el siguiente instante, un dipolo instantneo distinto puede crear dipolos temporales en los tomos de He que lo

rodean.

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Fueras dipolo-dipolo inducido

El punto importante es que este tipo de interaccin produce fuerzas de atraccin que se generan por los dipolos

temporales inducidos en los tomos o molculas. A temperaturas muy bajas (y a velocidades atmicas reducidas),

las fuerzas de dispersin son lo bastante fuertes para mantener unidos a los tomos de He y hacer que el gas se

condense. Esto tambin explica la atraccin entre molculas no polares.

En 1930, Fritz London ofreci una interpretacin de los dipolos temporales desde el punto de vista de la mecnica

cuntica. London demostr que la magnitud de esta fuerza de atraccin es directamente proporcional al grado de

polarizacin del tomo o molcula. Como se esperara, las fuerzas de dispersin pueden ser muy dbiles. Esto es

vlido para el helio, que tiene un punto de ebullicin de slo 4.2 K. (Observe que el helio tiene slo dos electrones

fuertemente unidos en el orbital 1s. En consecuencia, el tomo de helio es poco polarizable.)

Las fuerzas de dispersin aumentan con la masa molar. Como las molculas con mayor masa molar tienden a

tener ms electrones, las fuerzas de dispersin aumentan con el nmero de electrones. Adems, una mayor masa

molar a menudo refleja un tomo ms grande, y es ms fcil alterar su distribucin electrnica porque el ncleo

atrae con menos fuerza a los electrones externos.

En la tabla se comparan los puntos de fusin de sustancias

afines formadas por molculas no polares. Como es de

esperar, el punto de fusin aumenta con el nmero de

electrones en la molcula. Dado que todas estas molculas

son no polares, las nicas fuerzas intermoleculares de

atraccin presentes son las fuerzas de dispersin.

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Ejemplo: Qu tipos de fuerzas intermoleculares existen entre los siguientes pares?

a) HBr y H2S, b) Cl2 y CBr4, c) I2 y NO3- y d) NH3 y C6H6.

Ejercicio


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El enlace de hidrogeno es un tipo especial de interaccin dipolo-dipolo entre el tomo de hidrgeno de un enlace

polar, como N-H, O-H o F-H, y un tomo electronegativo de O, N o F. Esta interaccin se escribe como

AH B o AH A A y B representan O, N o F; A-H es una molcula o parte de una molcula, y B es parte de otra molcula; la lnea

punteada representa al enlace de hidrogeno. Los tres tomos casi siempre estn situados en lnea recta, pero el

ngulo AHB (o AHA) puede desviarse de la linealidad hasta 30. Observe que los tomos de O, N y F poseen al menos un par de electrones libres capaces de interactuar con el tomo de hidrogeno en el enlace de hidrogeno.

La energa promedio de un enlace de hidrogeno es demasiado grande para una interaccin dipolo-dipolo (ms de

40 kJ/mol). Por esta razn, los enlaces de hidrogeno tienen un fuerte efecto en la estructura y propiedades de

muchos compuestos. La figura siguiente muestra varios ejemplos de enlaces de hidrogeno.

Enlace de hidrgeno


La primera evidencia del enlace de hidrogeno se

obtuvo al estudiar los puntos de ebullicin de los

compuestos. Los puntos de ebullicin de una serie de

compuestos semejantes que contienen elementos del

mismo grupo peridico suelen aumentar con la masa

molar. Pero, como se observa en la figura de la

derecha, los compuestos de hidrogeno de los

elementos de los grupos 5A, 6A y 7A no siguen esta

tendencia. El compuesto ms ligero (NH3, H2O, HF) de

cada una de estas series tiene el punto de ebullicin

ms alto, de forma contraria a lo que se esperara

considerando la masa molar. La explicacin se debe a

los mltiples enlaces de hidrogeno que forman las

molculas de estos compuestos.

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En el HF slido, por ejemplo, las molculas no existen como unidades individuales; ms bien forman largas

cadenas en zigzag:

En la fase lquida se rompen las cadenas en zigzag, pero las molculas permanecen unidas por enlaces de

hidrgeno, (HF)6. Es difcil separar las molculas que estn unidas por estos enlaces. En consecuencia, el HF

lquido tiene un punto de ebullicin excepcionalmente alto.

La fuerza de un enlace de hidrgeno esta determinada por la interaccin coulmbica entre el par libre de

electrones del tomo electronegativo y el ncleo de hidrgeno. Por ejemplo, el flor es ms electronegativo que el

oxgeno, por lo que se esperara que los enlaces de hidrgeno en el HF lquido fueran ms fuertes que en el H2O.

Sin embargo, el HF tiene un punto de ebullicin menor que el del agua porque cada molcula de H2O toma parte

en cuatro enlaces de hidrgeno intermoleculares. Por tanto, las fuerzas que mantienen unidas a las molculas de

H2O son ms fuertes que en el HF.

Hielo Agua (l)

Cuales de las siguientes especies pueden

formar enlaces de hidrgeno con el agua? a)

CH3OCH3 b) CH4, c) F- d) HCOOH e) Na+

Enlace de hidrgeno


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Las fuerzas intermoleculares determinan varias de las caractersticas estructurales y propiedades de los lquidos.

En esta seccin se vern dos fenmenos comunes relacionados con los lquidos:

la tensin superficial

la viscosidad.

Las molculas que se encuentran en el seno de un

lquido son jaladas en todas direcciones por las fuerzas

intermoleculares; no hay tendencia hacia una direccin

nica. Sin embargo, las molculas de la superficie son

jaladas hacia abajo y hacia los lados por otras

molculas, pero no hacia arriba de la superficie

En consecuencia, estas atracciones intermoleculares tienden a empujar esas molculas hacia el lquido, lo que

ocasiona que la superficie se tense como si fuera una pelcula elstica.

La tensin superficial es una medida de la fuerza elstica que existe en la superficie de un lquido. La tensin

superficial es la cantidad de energa necesaria para estirar o aumentar la superficie de un lquido por unidad de

rea.

Los lquidos que tienen fuerzas intermoleculares

grandes tambin poseen tensiones superficiales altas.

Como consecuencia de los enlaces de hidrgeno, el

agua tiene una tensin superficial mucho mayor que la

de la mayora de los lquidos.

Material Tensin Superficial (10

-3

N/m)

Hexano 18,43

Agua 72,75

Mercurio 465

Tensin superficial

3. Propiedades de los lquidos

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Tensin superficial


Cuando una gota de lquido se extiende en una pelcula sobre una superficie, se dice que el lquido moja la

superficie. El que una gota de lquido moje una superficie o bien conserve su forma esfrica y se mantenga sobre

la superficie, depende de las intensidades de dos tipos de fuerzas intermoleculares:

Las fuerzas de cohesin son las fuerzas intermoleculares entre molculas semejantes

Las fuerzas de adhesin, entre molculas diferentes.

Si las fuerzas de cohesin son fuertes en comparacin con las fuerzas de adhesin, la gota mantiene su forma.

Por otro lado, si las fuerzas de adhesin son suficientemente fuertes, se extiende la gota formndose una pelcula

. Entre las molculas polares del agua y, digamos, las

molculas no polares de la cera de un auto recin

encerado, la atraccin es mnima o nula, por lo que las

gotas de agua adoptan la forma de una pequea cuenta

esfrica porque de esta manera se minimiza el rea

superficial de un lquido. La superficie cerosa de una

manzana hmeda tambin produce el mismo efecto

Si la adhesin es ms fuerte que la cohesin, como sucede en la

figura de la izquierda, el contenido del tubo ser impulsado hacia

arriba. Este proceso contina hasta que la fuerza adhesiva se

contrarresta por el peso del agua en el tubo. Sin embargo, esta

accin no es universal entre los lquidos, como se muestra en la

figura de la derecha para el mercurio. En ste, la cohesin es mayor

que la adhesin entre el mercurio y el vidrio, de manera que cuando

un tubo capilar se sumerge en este liquido, lo que sucede es una

depresin o disminucin del nivel del mercurio, es decir, la altura del

lquido en el tubo capilar est por debajo de la superficie del

mercurio.

La accin capilar es otro ejemplo de tensin superficial. La Figura

muestra el agua que sube espontneamente en un tubo capilar

cuando una delgada pelcula de agua se adhiere a las paredes del

tubo de vidrio. La tensin superficial del agua hace que esta

pelcula se contraiga y tire del agua hacia la parte superior del tubo.

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Viscosidad

El glicerol tiene la estructura inferior. Como el agua, el glicerol tambin es capaz de formar

enlaces de hidrgeno. Cada molcula de glicerol tiene tres grupos -OH que pueden

participar en enlaces de hidrgeno con otras molculas de glicerol.


La viscosidad es una medida de la resistencia de los lquidos a fluir.

La viscosidad de un lquido suele disminuir con el aumento en la temperatura. Los lquidos

con fuerzas intermoleculares fuertes son ms viscosos que los que los que tienen fuerzas

intermoleculares dbiles. EI agua tiene mayor viscosidad que muchos otras lquidos por su

capacidad para formar enlaces de hidrgeno. Cabe hacer notar que la viscosidad del

glicerol es mucho mayor que la de otros lquidos que se muestran en la tabla.

Adems, debido a su forma,

las molculas tienen ms

tendencia a entrelazarse que

a deslizarse, como lo hacen

las molculas de lquidos

menos viscosos. Estas

interacciones contribuyen a

su elevada viscosidad.

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4. Estructuras cristalinas

Los slidos se dividen en dos categoras:

Cristalinos Amorfos.

EI hielo es un slido cristalino que posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, es decir; sus tomos,

molculas o iones ocupan posiciones especficas. Gracias a la distribucin de estas partculas en el slido

cristalino, las fuerzas netas de atraccin intermolecular son mximas. Las fuerzas que mantienen la estabilidad

de un cristal pueden ser inicas, covalentes, de van der Waals, de enlaces de hidrogeno o una combinacin de

todas ellas.

Un slido amorfo, como el vidrio, carece de un ordenamiento bien definido y de un orden molecular repetido.

Una celda unitaria es la unidad estructural repetida de un slido cristalino.

La Figura muestra una celda unitaria y su extensin en tres dimensiones. Cada esfera representa un tomo, ion o

molcula y se denomina punto reticular. Para simplificar se supone que cada punto reticular est ocupado por

un solo tomo. Este es el caso para la mayora de los metales.

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Cada slido cristalino se representa por uno de los siete tipos de celdas unitarias que se muestran en la Figura.

La geometra de la celda unitaria cbica es particularmente simple porque todos los lados y ngulos son

iguales. Cualquiera de las celdas unitarias que se repiten en el espacio tridimensional forma una estructura

reticular caracterstica de un slido cristalino.

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Los requerimientos geomtricos generales para que se forme un cristal se entienden si se

analizan las distintas formas en que se pueden empaquetar varias esferas idnticas (por

ejemplo, las pelotas de ping-pong) para formar una estructura tridimensional ordenada.

La manera en que las esferas se acomodan en capas determina el tipo de celda unitaria final. En

el caso ms simple, una capa de esferas se puede distribuir como lo muestra las figuras de la

derecha. La estructura tridimensional se genera al colocar una capa encima y otra debajo de

esta capa, de tal manera que las esferas de una capa cubren totalmente las esferas de la capa

inferior. Este procedimiento se repite para generar muchas capas como las de un cristal. Cada

esfera est en contacto con otras cuatro esferas en su misma capa, una esfera en la capa

superior y una esfera en la capa inferior. Cada esfera acomodada as, se dice que tiene un

nmero de coordinacin de 6 porque tiene seis vecinos prximos.

EI nmero de coordinacin se define como el nmero de tomos (o iones) que rodean a un

tomo (o ion) en una red cristalina. Su magnitud es una medida de que tan compactas estn

empaquetadas las esferas: cuanto mayor es el nmero de coordinacin, ms juntas estn las

esferas. La unidad bsica que se repite en la distribucin de las esferas recin descrita se

denomina celda cbica simple (scc)

Empaquetamiento de esferas

Tambin existen otras celdas cbicas:

la celda cbica centrada en el cuerpo (bcc) la celda cbica centrada en las caras (fcc).

Una distribucin cbica centrada en el cuerpo se

distingue de un cubo simple en que la segunda

capa de esferas se acomoda en los huecos de la

primera capa, mientras que la tercera lo hace en los

huecos de la segunda capa. Cada esfera de esta

estructura tiene un numero de coordinacin de 8

(cada una est en contacto con cuatro esferas de la

capa superior y cuatro de la capa inferior). En la

celda cbica centrada en las caras hay esferas en eI

centro de cada una de las seis caras del cubo,

adems de las ocho esferas de los vrtices.

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En las celdas cbicas simple y centrada en el cuerpo

hay ms espacio vaco que en la celda cbica

centrada en las caras. El arreglo ms eficiente de las

esferas, denominado empaquetamiento compacta, se

inicia con la estructura que se observa en la figura a,

que se llama capa A. Examinando la nica esfera

encerrada, se ve claramente que le rodean seis

vecinas prximas en la capa. En la segunda capa (que

se llamar B), las esferas se empacan en los huecos

que quedan entre las esferas de la primera capa. De

manera que todas las esferas estn lo ms juntas

posible (figura b).

Hay dos formas en que la tercera capa de esferas

puede cubrir a la segunda capa para hacer ms

compacto el empaquetamiento. Las esferas se pueden

acomodar en los huecos de tal modo que cada esfera

de la tercera capa quede directamente sobre una

esfera de la primera capa (figura c). Dado que no hay

diferencia entre la distribucin de la primera y tercera

capas, a la tercera capa tambin se le llama capa A. De

manera alternativa, es posible que las esferas de la

tercera capa se acomoden en los huecos que estn

directamente sobre la primera capa de esferas (figura

d). En este caso, a esta tercera capa se le denomina

capa C.

Empaquetamiento compacto


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Las Figuras muestra las "vistas separadas" y las estructuras que resultan de estos dos

arreglos. El arreglo ABA se conoce como estructura hexagonal compacta (hcp), y el arreglo

ABC es el de una estructura cbica compacta (ccp), que corresponde al cubo centrado en las

caras ya descrito. Observe que en la estructura hcp las esferas de cada una de las otras

capas ocupan la misma posicin vertical (ABABAB..), en tanto que en la estructura ccp las

esferas de cada cana capa cuarta capa ocupan la misma posicin vertical (ABCABCA ... ).

Cada esfera de ambas estructuras tiene un nmero de coordinacin de 12 (cada esfera est

en contacto con seis esferas de su propia capa, tres de la capa de arriba y tres de la capa de

abaja). Las estructuras hcp y ccp representan la forma ms eficiente de empacar esferas

idnticas en una celda unitaria, por lo que no es posible aumentar el nmero de coordinacin

ms all de 12.



hexagonal compacta (hcp) cbica compacta (ccp)

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Se pueden observar objetos macroscpicos utilizando luz visible y nuestros propios ojos. Para "ver" cmo estn

ordenados los tomos, iones o molculas en un cristal, se necesita luz de longitud de onda mucho ms corta.

Cuando un haz de rayos X incide sobre los tomos, los rayos X interaccionan con los electrones de los tomos y

el haz original se dispersa en todas las direcciones. El patrn de esta radiacin dispersada est relacionado con

la distribucin de la carga electrnica en los tomos y/o molculas. Sin embargo, nuestros ojos y cerebros no

pueden percibir los rayos X. Tenemos que lograr que los rayos X dispersados produzcan un patrn visible, como

en una pelcula fotogrfica. Despus se deducir la estructura microscpica de la sustancia a partir del patrn

visible. El xito que se logra al hacer deducciones depende de la cantidad de radiacin dispersada que se recoge,

esto es, de la cantidad de "informacin" recogida. La eficacia del mtodo de difraccin de rayos X ha aumentado

enormemente por la utilizacin de ordenadores de alta velocidad para procesar enormes cantidades de datos de

rayos X.


La Figura siguiente sugiere un mtodo de dispersin

de rayos X por un cristal. Los datos de rayos X

pueden explicarse mediante un an-lisis geomtrico

propuesto por W.H. Bragg y W.L. Bragg en 1912 e

ilustrado en la Figura siguiente

William Henry Bragg (1862-1942)(Izquierda). Fsico ingles que

trabaj principalmente en la cristalografa de rayos X.

William Lawrence Bragg (1890-1972)(Derecha). Fsico ingls

que formul la ecuacin fundamental para la difraccin de rayos X.

Comparti con su padre (W.H. Bragg) el premio Nobel de Fsica

en 1915.

Max Theodor Felix von Laue (1879-1960).

Fsico alemn. En 1914 recibi el Premio

Nobel de Fsica por su descubrimiento de la

difraccin de rayos X.

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Esta figura muestra dos rayos de un haz monocromtico (de una sola longitud de onda), de rayos X,

etiquetados como a y b. La onda a es difractada o dispersada por un plano de tomos o iones en un cristal

y la onda b por el siguiente plano inferior. La onda b atraviesa una distancia mayor que la onda a. La

distancia adicional es 2d sen. La intensidad de la radiacin dispersada ser mxima si las ondas a y b se refuerzan entre s; es decir, si sus crestas y valles coinciden. Para satisfacer este requisito, la distancia

adicional recorrida por la onda b debe ser un mltiplo entero de la longitud de onda de los rayos X.

nl = 2d sin A partir de la medida del ngulo que produce la intensidad mxima para los rayos X dispersados, junto con la longitud de onda (A) de los rayos X, se puede calcular el espaciado (d) entre los planos atmicos.

Con orientaciones diferentes del cristal se pueden determinar los espaciados atmicos y las densidades

electrnicas para diferentes direcciones a travs del cristal, en una palabra, la estructura del cristal.


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Cristales inicos


Las estructuras y propiedades de los cristales, como punto de fusin, densidad y dureza, estn determinadas por

el tipo de fuerzas que mantienen unidas a las partculas. Cualquier cristal es susceptible de clasificarse como

uno de cuatro tipos:

Inico Covalente Molecular Metlico

El conocimiento del radio de los iones ayuda a comprender la

estructura y estabilidad de estos compuestos. No es posible medir el

radio de un ion individual, pero en ocasiones es posible obtener una

estimacin razonable de esta propiedad. Por ejemplo, si se sabe que

el radio del ion I- en KI es de unos 216 pm, se puede calcular el radio

del ion K+ en el Kl. y a partir de este el radio del CI- en el KCl, y as

sucesivamente.

Los cristales inicos tienen dos caractersticas importantes:

1. estn formados de especies cargadas

2. los aniones y cationes suelen ser de distinto tamao.

Considere el cristal de NaCl, el cual tiene una red cbica centrada en las caras (figura superior). La figura de la

izquierda muestra que la longitud de la arista de la celda unitaria del NaCI es el doble de la suma de los radios

inicos de Na+ y Cl-. Con los valores dados en un tema anterior de los radios inicos se encuentra que la longitud

de la arista es de 2(95 + 181) = 552 pm. Sin embargo. La longitud de la arista dada en la figura superior derecha y

determinada por difraccin de rayos X es de 564 pm. La discrepancia entre estos dos valores indica gue el radio

de un ion en realidad vara ligeramente de un compuesto a otro.

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CsCl ZnS CaF2

Cristales inicos


La figura superior representa las estructuras cristalinas de tres compuestos inicos: CsCI, ZnS y CaF2. Dado gue

el Cs+ es considerablemente mayor que el Na+, el CsCl tiene la estructura de una red cbica simple.

Los compuestos inicos del tipo M2+X2-

(por ejemplo, MgO, BaS, CaO) pueden

formar cristales del tipo NaCl. Sin

embargo, si el catin es suficientemente

pequeo, como en el caso del zinc, puede

ocupar los huecos tetradricos. El Zn2+

slo ocupar la mitad de los huecos

tetradricos

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Cristales inicos


El CaF2 tiene la estructura de la

fluorita. Los iones de Ca2+ ocupan los

puntos reticulares y cada ion F- se

situa en los huecos octadricos por

lo que se rodea de cuatro iones Ca2+.

Este ion se rodea a u vez de ocho

iones fluor.

Los compuestos de SrF2, BaF2, BaCl2

y PbF2 tambin tienen la estructura

de la fluorita.

CsCl ZnS CaF2

La mayora de los cristales inicos tiene puntas de ebullicin elevados, lo cual refleja la gran

fuerza de cohesin que mantiene juntos a los iones.. Estos slidos no conducen electricidad

debido a que los iones estn en una posicin fija. Sin embargo, en el estado fundido o disueltos

en agua, los iones se mueven libremente y el lquido conduce electricidad.

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Cristales inicos


Cbico centrado

en las caras

Todos los huecos

octadricos

La mitad de los

huecos tetradricos

Todos los huecos

tetradricos y octadricos

Todos los

huecos tetradricos

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Cristales covalentes


Los tomos de los cristales covalentes se mantienen

unidos en una red tridimensional nicamente por

enlaces covalentes. Los dos altropos del carbono: el

diamante y el grafito, son ejemplos bien conocidos.

En el diamante, cada tomo de carbono presenta

hibridacin sp3; est enlazado con otros cuatro tomos.

Los enlaces covalentes fuertes en tres dimensiones

contribuyen a la dureza particular del diamante (es el

material ms duro que se conoce) y a su elevado punto

de fusin (3.550C).

Los tomos de carbono se distribuyen en el grafito en

forma de anillos de seis miembros. Todos los tomos

tienen hibridacin sp2; cada tomo est enlazado a

otras tres tomos por media de enlaces covalentes. El

orbital 2p remanente sin hibridar se utiliza para formar

un enlace p. Como los electrones se pueden mover

libremente en este orbital, el grafito es un buen

conductor de electricidad en direccin de los planos de

los tomos de carbono. La dureza del grafito se debe a

los enlaces covalentes; sin embargo, como las capas se

mantienen unidas por fuerzas dbiles de van der Waals,

se pueden deslizar entre s. Por esta razn, el grafito es

untuoso al lacto, y esta propiedad lo hace til como

lubricante. Tambin se utiliza en los lpices, y en las

cintas de impresoras y de maquinas de escribir.

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Cristales covalentes


En 1985 se descubri la primera forma alotrpica de lo que posteriormente se vio que era una amplia serie de

compuestos: los fulerenos. Posteriormente se han descubierto muchos fulerenos incluyendo C70, C74 y C82

nanotubos

El cuarzo (SiO2) es otro tipo de cristal covalente. La distribucin de los

tomos de silicio en el cuarzo es semejante a la del carbono en el

diamante, pero en el cuarzo hay un tomo de oxgeno entre cada par de

tomos de Si. Como el Si y el O tienen diferentes electronegatividades,

el enlace Si-O es polar. No obstante, el SiO2 comparte algunas de las

propiedades del diamante, como la dureza y el punto de fusin alto

(1610C).

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Cristales moleculares


En un cristal molecular, los puntas reticulares estn ocupados par molculas que se

mantienen unidas par fuerzas de van der Waals y/o de enlaces de hidrgeno. El dixido de

azufre (SO2) slido es un ejemplo de un cristal molecular, en el que la fuerza de atraccin

predominante es una interaccin dipolo-dipolo. Los enlaces de hidrgeno intermoleculares

son los que mantienen la red tridimensional del hielo. Los cristales de I2, P4 y S8 son otros

ejemplos de cristales moleculares.

Con excepcin del hielo, las molculas de los cristales

moleculares suelen empacarse tan juntas como su tamao y

forma lo permitan. Debido a que las fuerzas de van der Waals y

los enlaces de hidrgeno son ms dbiles que los enlaces

inicos y covalentes, los cristales moleculares son ms

quebradizos que los cristales covalentes o inicos. De hecho,

la mayora de los cristales moleculares se funden a

temperaturas menores de 100C.

Hielo I2 NH3

CH4

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Cristales metlicos


En cierto sentido, la estructura de los cristales metlicos es la mas simple porque cada punto

reticular del cristal esta ocupado por un tomo del mismo metal. Los cristales metlicos por lo

regular tienen una estructura cbica centrada en el cuerpo o centrada en las caras; tambin

pueden ser hexagonales de empaquetamiento compacto.

Por consiguiente, los elementos metlicos suelen ser muy densos. Los enlaces en los cristales de

metales son diferentes a los de otros tipos de cristales.

En un metal, los electrones de enlace estn deslocalizados en todo el cristal. De hecho, los

tomos metlicos en un cristal se pueden imaginar como una distribucin de iones positivos

inmersos en un mar de electrones de valencia deslocalizados. La gran fuerza de cohesin debida

a la deslocalizacin electrnica es la que Ie confiere la resistencia al metal. La movilidad de los

electrones deslocalizados hace que los metales sean buenos conductores de calor y electricidad.

Los metales se muestran en sus posiciones de la Tabla peridica. El Mn tiene una estructura cbica y el Ga tiene

una estructura ortorrmbica, los elementos In y Sn tienen una estructura tetragonal, y el Hg tiene una estructura

rombodrica

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7.Slidos amorfos

Actualmente existen alrededor de 800 tipos de vidrio de uso comn. La Figura es una representacin

bidimensional del cuarzo cristalino y del vidrio de cuarzo amorfo. En la tabla se indica la composicin y

propiedades de los vidrios de cuarzo, Pyrex y de cal sodada.

Cuarzo cristalino

Vidrio de cuarzo no cristalino

Nombre Composicin Propiedades y usos

Vidrio de cuarzo

puro

SiO2, 100% Expansin trmica baja, transparente en un amplio margen de longitud de ondas.

Utilizado en La investigacin ptica

Vidrio Pyrex

SiO2, 60-80%

B2O3, 10-25%

Al2O3,

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Equilibrio liquido-vapor

8.Cambios de fase

Los cambios de fase, o las transformaciones de una fase a otra, se presentan cuando se agrega o se quita energa

(casi siempre en forma de calor). Los cambios de fase son cambios fsicos que se distinguen porque cambia el

orden molecular; en la fase slida las molculas alcanzan el mximo ordenamiento, y en la fase gaseosa tienen el

mayor desorden. Conviene tener en mente que la relacin entre el cambio de energa y el aumento o disminucin

del orden molecular ayudara a entender la naturaleza de estos cambios fsicos.

Las molculas de un lquido no estn fijas en un retculo rgido. Aunque carecen de la libertad total de movimiento

de las molculas gaseosas, estn en continuo movimiento. Como los lquidos son ms densos que los gases, la

velocidad de colisin entre las molculas es mucho mayor en la fase lquida que en la fase gaseosa. Cuando las

molculas de un lquido tienen suficiente energa para escapar de la superficie, sucede un cambio de fase. La

evaporacin o vaporizacin es el proceso en el cual un liquido se transforma en un gas. Cuanto mayor es la

temperatura, mayor es la energa cintica y, por tanto, ms molculas dejan la fase lquida.

Cuando un lquido se evapora, sus molculas gaseosas ejercen una presin de vapor. Examine el aparato que se

muestra en la figura lateral. Antes de que inicie el proceso de evaporacin, los niveles de mercurio del manmetro

en forma de U son iguales. En cuanto algunas molculas dejan el lquido, se establece la fase de vapor. La presin

de vapor es medible slo cuando hay una cantidad suficiente de vapor. Sin embargo, el proceso de evaporacin

no contina indefinidamente; en cierto momento los niveles de mercurio se estabilizan y ya no se observan

cambios.

Que sucede en el nivel molecular durante la evaporacin?

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8.Cambios de fase

El proceso de condensacin, o el cambio de la fase gaseosa a la fase lquida, ocurre cuando una molcula choca

en la superficie del lquido y queda atrapada por las fuerzas intermoleculares del lquido.

La velocidad de evaporacin es constante a una temperatura dada y la velocidad de condensacin aumenta con el

incremento en la concentracin de las molculas en la fase de vapor. En cierto momento se llega a un estado de

equilibrio dinmico, cuando la velocidad del proceso en un sentido esta exactamente balanceada por la velocidad

del proceso inverso, es decir, cuando las velocidades de condensacin y de evaporacin se igualan. La presin

de vapor de equilibrio es la presin de vapor medida cuando hay un equilibrio dinmico entre la condensacin y

la evaporacin. Con frecuencia, slo se emplea el termino "presin de vapor" para describir la presin de vapor

de equilibrio de un lquido. Este trmino es aceptable en tanto se conozca el significado del trmino abreviado.

Es importante observar que la presin de vapor de equilibrio es la mxima presin de vapor de un lquido a una

temperatura dada y que permanece constante a temperatura constante. De aqu se desprende que la presin de

vapor de un lquido aumenta con la temperatura.

Al principio, el trfico es en un slo sentido: las

molculas se desplazan desde el lquido hacia el

espacio vaco. En cuanto las molculas dejan el

lquido, establecen una fase de vapor. Cuando

aumenta la concentra-cin de las molculas en la

fase de vapor, algunas se condensan, es decir,

regresan a la fase lquida.

El calor molar de vaporizacin (DHvap ) es una medida de la intensidad de las fuerzas intermoleculares que se

ejercen en un liquido.

El calor molar de vaporizacin, DHvap, se define como la energa necesaria para evaporar un mol de un liquido

El calor molar de vaporizacin est relacionado directamente con la magnitud de las fuerzas intermoleculares que

hay en el lquido. Si la atraccin intermolecular es fuerte, se necesita mucha energa para libe-rar a las molculas

de la fase lquida; por tanto, el lquido tiene una presin de vapor relativamente baja y un elevado calor molar de

vaporizacin.

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La relacin cuantitativa entre la presin de vapor P de un lquido y la temperatura absoluta T est dada por la

ecuacin de Clausius-Clapeyron

donde R es la constante de los gases (8.314 J/Kmol), y C es una constante. La ecuacin de Clausius-

Clapeyron tiene la forma de la ecuacin de la recta y = mx + b:

El mtodo que se utiliza para determinar los calores de vaporizacin de los lquidos consiste en medir la

presin de vapor de un lquido a distintas temperaturas; del grfico de In P contra 1/T se determina la

pendiente de la recta, que es igual a DHvap/R. (Se supone que DHvap es independiente de la temperatura).

CRT

HPLn

vap

D

La forma ms sencilla de demostrar el calor molar de vaporizacin consiste en frotar alcohol en las manos,

como etanol o isopropanol . Estos alcoholes tienen un DHvap menor que el del agua, de manera que el calor de

las manos es suficiente para aumentar la energa cintica de las molculas de alcohol y evaporarlas. Las

manos se sienten fras debido a la perdida de calor.

Este proceso es semejante a la transpiracin, una de las formas por las que el cuerpo humano mantiene una

temperatura constante. Debido a la fuerza de los enlaces de hidrgeno intermoleculares del agua, se necesita

una cantidad considerable de energa para evaporar el agua del sudor de la superficie del cuerpo. Esta

energa la aporta el calor generado en varios procesos metablicos.


8.Cambios de fase

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En ltima instancia, el punto de ebullicin y DHvap estn determinados por la magnitud de las fuerzas

intermoleculares. Por ejemplo, Ar y el CH4, que tienen fuerzas de dispersin dbiles, tienen puntos de ebullicin

bajos y calores molares de vaporizacin pequeos. El ter dietlico (C2H5OC2H5) tiene un momento dipolar, y las

fuerzas dipolo-dipolo explican su punto de ebullicin y DHvap moderadamente altos. Tanto el etanol (C2H5OH)

como el agua tienen enlaces de hidrgeno fuertes, y son los responsables de sus puntos de fusin altos y

valores de DHvap grandes. Los enlaces metlicos fuertes de los tomos de mercurio son la causa de que tenga el

mayor punto de ebullicin y DHvap de este grupo de lquidos.

Como el punto de ebullicin se define en trminos de la presin de vapor del lquido, se espera que el punto de

ebullicin se relacione con el calor molar de vaporizacin: a mayor DHvap, mayor ser el punto de ebullicin. Los

datos de la tabla confirman ms o menos esta prediccin.

En el punto de ebullicin se forman burbujas dentro del lquido que suben a la superficie y escapan. La presin

que ejercen las molculas que se escapan iguala a la ejercida por las molculas de la atmsfera y se dice que

tiene lugar la ebullicin. Durante la ebullicin, la energa absorbida como calor se utiliza nicamente en pasar

molculas de lquido a vapor. La temperatura permanece constante hasta que todo el lquido se evapora, hecho

que se ilustra de forma espectacular en la Figura.

Se ha visto que la presin de vapor de un lquido aumenta con la temperatura. Cada lquido tiene una temperatura

en la que comienza a hervir.

El punto de ebullicin es la temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido es igual a la presin externa.

El punto de ebullicin normal de un

lquido es la temperatura a la cual

hierve cuando la presin externa es

1 atm

Por tanto, se concluye entonces que

el punto de ebullicin de un lquido

depende de la presin externa. Por

ejemplo, a 1 atm, el agua ebulle a

100C, pero si la presin se reduce a 0.5 atm, el agua hierve a slo 82C.


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El punto crtico es el punto en el que se

alcanza estas condiciones, en donde el

lquido y el vapor se hacen

indistinguibles. La temperatura del punto

crtico es la temperatura crtica, Tc, y la

presin crtica, Pc. El punto crtico es el

punto ms alto de la curva de presin de

vapor y representa la temperatura ms alta

a la que el lquido puede existir. En la

Tabla se incluyen varias temperaturas y

presiones crticas.

Si encerramos la cantidad adecuada de lquido en un tubo de vidrio y lo calentamos como en la figura inferior,

observamos los siguientes fenmenos:

la densidad del lquido disminuye; la del vapor aumenta; y finalmente las dos densidades de hacen iguales la tensin superficial del lquido se aproxima a cero. La interfase entre el lquido y el vapor se hace menos

evidente y finalmente desaparece.

Un gas slo puede licuarse a temperaturas por

debajo de su temperatura crtica,. Si la temperatura

ambiente est por debajo de Tc, la licuefaccin

puede tener lugar aplicando la presin adecuada. Si

la temperatura ambiente est por encima de Tc, se

necesita aumentar la presin y disminuir la

temperatura hasta un valor por debajo de Tc.


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Equilibrio liquido-slido

8.Cambios de fase

EI calor ayuda a las molculas a vencer las fuerzas de atraccin en el slido. Una vez que la muestra se ha

fundido por completo (punta B), el calor absorbido aumenta la energa cintica promedio de las molculas de

lquido y su temperatura aumenta (B-C). El proceso de evaporacin (C-D) se explica en forma similar. La

temperatura permanece constante durante el periodo en el que el aumento de la energa cintica se utiliza para

vencer las fuerzas de cohesin en el lquido. Cuando todas las molculas estn en la fase gaseosa, la

temperatura vuelve a aumentar.

Como las molculas en la fase slida estn unidas con ms fuerza que en la fase lquida, se necesita calor para

producir la transicin de fase slido-Iquido. Al examinar la curva de calentamiento mostrada en Ia figura se

observa que cuando un slido se calienta, su temperatura aumenta de manera gradual hasta alcanzar el punto A.

En este punto, el slido comienza a fundirse. Durante el periodo de fusin (A-B), en la primera meseta de la

curva, el sistema absorbe calor aunque la temperatura permanezca constante

La transformacin de un liquido en slido se

conoce como congelacin; el proceso

inverso se denomina fusin. El punto de

fusin de un slido o el punto de congelacin

de un lquido es la temperatura a la cual las

fases slida y lquida coexisten en el

equilibrio. EI punto de fusin (o congelacin)

normal de una sustancia es la temperatura a

la cual una sustancia se funde (o se congela)

a 1 atm de presin. Por lo general, se omite la

palabra "normal" cuando la presin es de 1

atm.

EI equilibrio Iquido-slido ms comn ocurre

entre: el agua y el hielo. A 0 C y 1 atm, el equilibrio dinmico se representa por

hielo agua

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Equilibrio liquido-slido

8.Cambios de fase

EI calor molar de fusin (DHfus) es la energa necesaria para fundir un mol de un slido. Las

tablas muestran los calores molares de evaporacin y fusin de algunas sustancias

Al comparar los datos de las dos tablas se observa que para cada sustancia, DHfus es menor

que DHvap. Esto es congruente con el hecho de que las molculas de un liquido todava estn

estrechamente empacadas, de tal forma que se requiere cierta energa para lograr el

reordenamiento del slido al lquido.

Por otro lado, cuando un liquido se evapora, sus molculas se separan por completo y se

necesita una cantidad considerablemente mayor de energa para vencer las fuerzas de

atraccin.

Como se espera, el enfriamiento de una sustancia tiene el efecto opuesto al calentamiento. Si

se elimina calor de una muestra de gas a una velocidad uniforme su temperatura disminuye.

Conforme se forma el lquido, se libera calor del sistema porque su energa potencial est

disminuyendo. A esto se debe que la temperatura del sistema permanezca constante durante la

condensacin (D-C). Una vez que todo el vapor se ha condensado, la temperatura del lquido

comienza a bajar. Por ultimo, al continuar el enfriamiento del lquido se llega a la congelacin

(B-A).

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Equilibrio slido-vapor

8.Cambios de fase

Los slidos tambin experimentan evaporacin

y. por consiguiente, poseen una presin de

vapor. Considere el siguiente equilibrio

dinmico:

slido vapor

El proceso en el cual las molculas pasan

directamente de slido a gas se conoce como

sublimacin. EI proceso inverso se denomina

deposicin; esto es, las molculas hacen la

transicin directa de vapor a slido. El naftaleno,

la sustancia con la que se fabrican bolitas para

combatir la polilla, tiene una presin de vapor

(de equilibrio) bastante alta para un slido; por

ello, su vapor picante impregna muy rpido un

espacio cerrado. EI yodo tambin se sublima. A

la temperatura ambiente, el color violeta del

vapor del yodo es fcilmente visible en un

recipiente cerrado.

Como las molculas estn unidas con ms

fuerza en un slido, su presin de vapor suele

ser mucho menor que la del lquido

correspondiente. La energa necesaria para

sublimar un mol de un slido recibe el nombre

de calor molar de sublimacin (DHsub). Y es

igual a la suma de los calores molares de fusin

y vaporizacin.

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9.Diagrama de fase Las relaciones completas entre las fases slida, liquida y de

vapor se representan mejor en un slo grafico conocido

como diagrama de fases. Un diagrama de fases resume las

condiciones en las cuales una sustancia existe como slido,

lquido o gas. En este apartado se analizaran los diagramas

de fases del agua y del dixido de carbono.

En la figura superior se presenta el diagrama de fases del

agua. EI grafico se divide en tres regiones y cada una

representa una fase pura. La lnea que separa cualesquiera

dos regiones indica las condiciones en las que estas dos

fases pueden estar en equilibrio. Por ejemplo, la curva

trazada entre las fases liquida y de vapor muestra la

variacin de la presin de vapor con la temperatura. Del

mismo modo, las otras dos curvas indican las condiciones

para que se establezca un equilibrio entre el hielo y el agua

liquida, y entre el hielo y el vapor de agua. (Observe que la

lnea que limita las fases slida-liquida tiene pendiente

negativa.) EI punto en el que se unen las tres curvas se

denomina punto triple, y corresponde a la nica condicin

en la que las tres fases pueden estar en equilibrio. Para el

agua, este punto esta a 0.01 C y 0.006 atm.

Los diagramas de fases permiten predecir los cambios en el

punto de fusin y en el punto de ebullicin de una sustancia

debido a los cambios de la presin externa. Tambin

permiten anticipar las direcciones de las transiciones de las

fases producidas por los cambios de temperatura y presin.

Los puntos normales de fusin y de ebullicin del agua a 1

atm de presin son 0 y 100 C, respectivamente. Que

pasara si el agua se fundiera o hirviera a alguna otra

presin? La figura inferior muestra que si la presin

aumenta por arriba de 1 atm, aumentara el punto de

ebullicin y disminuir el punto de fusin. Una disminucin

en la presin producir un menor punto de ebullicin e

incrementara el punto de fusin.

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Conviene hacer una observacin interesante acerca del diagrama de fases de la figura. Como se

ve, toda la fase lquida est muy por arriba de la presin atmosfrica; por consi-guiente, es

imposible que el dixido de carbono slido se funda a la presin de 1 atm. En cambio, cuando el

CO2 slido se calienta a -78C se sublima. De hecho, el dixido de carbono slido se conoce como hielo seco porque parece hielo y no se funde (figura 11.42). Por esta propiedad, el hielo

seco se utiliza como refrigerante.

El diagrama de fases del dixido de carbono tiene mucha semejanza con el del agua, con una

excepcin importante: la pendiente de la curva entre las fases slida y lquida es positiva. De

hecho, esto es valido para casi todas las dems sustancias. EI agua se comporta de otra forma

porque el hielo es menos denso que el agua liquida. El punto triple del dixido de carbono est a

5.2 atm y -57C.

9.Diagrama de fase

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