FASES CONDENSADAS
SÓLIDOS 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.
Los sólidos pueden ser cristalinos
o
amorfos.
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
En un sólido amorfo (del
griego “sin forma”)
las partículas no siguen
una estructura ordenada,
por lo cual estos sólidos
carecen de forma y caras
bien definidas.
Los más conocidos son el
hule 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 SÓLIDOS
Las 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.
Así los sólidos pueden clasificarse de acuerdo a los
fuerzas actuantes en ellos en:
SÓLIDOS IÓNICOS.
SÓLIDOS DE RED COVALENTES.
SÓLIDOS MOLECULARES.
SÓLIDOS METÁLICOS.
SÓLIDOS IÓNICOS
Consisten en iones que se
mantienen unidos por fuerzas
electrostáticas. Éstas, si bien son
intensas, dependen de la carga y
del tamaño de los iones (a mayor
carga y menor tamaño, la fuerza
es mayor).
Ejemplos: NaCl – MgO – LiF –
CaO -KCl - AgCl
EL NaCl ES UN SÓLIDO
TÍPICO CON ESTRUCTURA
CÚBICA CENTRADA EN CARAS
PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS
IÓNICOS.
• Son sólidos duros y
quebradizos.
• Poseen altos puntos
de fusión.
• Baja conductividad
térmica.
• Son malos
conductores de la
electricidad en estado
sólido.
• 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.
SÓLIDOS DE RED COVALENTE
Consisten en átomos
unidos en grandes
redes o cadenas
mediante enlaces
covalentes.
Dado que estos enlaces
son más intensos, los
sólidos son duros y sus
puntos de fusión son
más altos que los
sólidos moleculares.
Ejemplos
GRAFITO ( C ) – DIAMANTE ( C ) – CUARZO ( Si O2 ) –
CARBURO DE SILICIO ( Si C) – NITRURO DE BORO ( BN )
Variedades alotrópicas del
carbono: diamante y grafito
DIAMANTE: cada átomo
de carbono está unido a
cuatro átomos vecinos en
configuración tetraédrica.
GRAFITO: los átomos se
disponen en anillos
hexagonales interconectados,
unidos a 3 átomos vecinos y
dejando 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 o
moléculas
unidos por fuerzas
Intermoleculares
( 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 METÁLICOS
SON LLAMADOS SIMPLEMENTE METALES.
LOS 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.
ESTOS ELECTRONES SE DENOMINAN DESLOCALIZADOS PUES
NO PERTENECEN A NINGUN ÁTOMO, SINO QUE FORMAN ESTE
“MAR”.
.
HIERRO
LA FUERZA QUE MANTIENE UNIDOS LOS ÁTOMOS METÁLICOS
VARÍA CONSIDERABLEMENTE PUES DEPENDE DEL NÚMERO DE
ELECTRONES DISPONIBLES PARA LOS ENLACES.
ESTE HECHO HACE QUE LAS PROPIEDADES FÍSICAS SEAN
VARIABLES DE UN METAL A OTRO.
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
Molecular
Argón (Ar)
metano (CH4)
hielo (H2O)
De red covalente
Diamante (C)
Cuarzo (SiO2)
Iónico
Na Cl
Ca (NO3)2
Metálico
Todos los elementos
metálicos, como el Cu, Al,
Fe, W
FUERZAS
INTERACTUANTES
PROPIEDADES
Blandos, Puntos de fusión
bajos o moderadamente altos,
Baja conductividad térmica y
eléctrica.
Muy duros, punto de fusión
muy alto, comúnmente baja
conductividad térmica y
eléctrica.
Duros, quebradizos, alto
punto de fusión, baja
conductividad térmica y
eléctrica.
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/
CARACTERÍSTICAS DE
LOS LÍQUIDOS
• No tienen formas
definidas
• Tienen volumen
definido
• Tienen densidad
elevada
• Son fluidos
• Difunden a través de
otros líquidos
• Sus partículas se
presentan bastante
próximas entre si
• Las partículas poseen
movimiento al azar en
tres dimensiones
TEORIA CINETICO
MOLECULAR. 1
• Las fuerzas intermoleculares entre
partículas vecinas las mantienen próximas,
por esto casi no hay espacios vacíos. En
consecuencia son poco compresibles.
• Las partículas tienen suficiente energía
cinética como para superar parcialmente
las fuerzas atractivas.
• Las 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
TEORIA CINETICO
MOLECULAR. 3
•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.
GASES
LÍQUIDOS
www.geocities.com
TEORIA CINETICO
MOLECULAR. 4
• La 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.
Este 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 SUPERFICIAL
Es 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/20
07/11/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
Se denomina de esta manera al ascenso
de un líquido a través de un tubo de
pequeño diámetro (capilar) que está
sumergido en aquel.
Actúan fuerzas:
Cohesivas, entre moléculas semejantes
Adhesivas, entre moléculas diferentes
Formación del menisco
El menisco de un líquido
es la superficie curva
que se forma en un
tubo angosto.
Menisco cóncavo: las
fuerzas adhesivas
superan a las
cohesivas Ej.: agua.
Menisco convexo: las
fuerzas cohesivas
superan a las
adhesivas
Ej.: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?
• El peso de la columna líquida es
proporcional al cuadrado del diámetro
del tubo.
• Un 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.
Es 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
Se denomina así a la situación en la cual la
velocidad de evaporación es igual a la de
condensación.
El numero de moléculas que se evapora es
igual al de moléculas que se condensan.
EVAPORACION y
CONDENSACION
• Si al sistema lo hiciéramos abierto, las
moléculas del vapor difundirían alejándose
de la superficie del líquido.
• Como todos los sistemas tienden a
restaurar las condiciones de equilibrio mas
moléculas pasarían del líquido al vapor
para reponer las moléculas perdidas.
• Si 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 VAPOR
• Con 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
PUNTO DE EBULLICION
Se 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
P.eb.
H vap en
P.eb.
(torr 20 °C) (en °C a 1 atm)
(kJ/mol)
Pvap
PM
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
197,3
58,9
Etilen glicol 67,1 0,1
¿Como se interpretan estos datos?
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.
¿Qué sucede al condensar
el vapor?
La condensación es el proceso inverso a la
evaporación.
El calor de condensación de un líquido es
igual en magnitud pero de signo
opuesto al calor de vaporización.
La vaporización siempre tiene para un
líquido H >0, es un proceso
endotérmico y la condensación es un
proceso exotérmico (H <0).
Efectos de las fuerzas
intermoleculares sobre las
propiedades de los líquidos
PROPIEDAD
LÍQUIDOS VOLÁTILES
F. I. débiles
Fuerzas cohes.
Baja
Alta
Viscosidad
Baja
Alta
Tensión superf.
Baja
Alta
Presión vapor
Alta
Baja
Veloc. de evap.
Alta
Baja
Punto fusión
Bajo
Alto
Bajo
Alto
Punto ebullic.
LÍQUIDOS NO VOLÁTILES
F. I. fuertes
BIBLIOGRAFIA
Atkins, Principios de Química. Ed. Médica Panamericana, 3º Ed. 2005
Whitten, Química General. Mc Graw Hill, 5º Ed. 1998
Chang, Química, Mc Graw Hill, 9º Ed. 2007
Recursos electrónicos:
www.wikipedia.com
www.textoscientíficos.com
www.educaplus.net
Las imágenes utilizadas indican su origen.
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sólidos, líquidos y gases