Este documento describe los estados de la materia y los cambios de fase entre ellos. Explica que los sólidos, líquidos y gases difieren en la energía cinética y las fuerzas intermoleculares de sus moléculas. Los líquidos exhiben movilidad pero no forma definida, mientras que los sólidos retienen volumen y forma. También cubre conceptos como puntos de ebullición, fusión, diagramas de fases y equilibrio líquido-vapor.
2. ENERGÍA Y MOVIMIENTO
• La energía interna de una molécula es
proporcional a su temperatura absoluta y
se transforma en energía cinética
Poca movilidad y rapidez
Mucha movilidad y rapidez
Las moléculas exhiben:
Temperatura
Alta
Baja
Mayores fuerzas intermoleculares
En consecuencia:
3. LAS FUERZAS
INTERMOLECULARES
(FUERZAS DE VAN DER
WAALS)• Fuerzas de dispersión (London)
• Originadas por el movimiento electrónico (dipolos
instantáneos)
• Débiles
• Mayores en las moléculas más grandes
+ -
Fuerzas Dipolo-Dipolo
Se presentan en moléculas polares
Dependen de la geometría de la molécula, los
electrones libres y las diferencias de electronegatividad
+ -
4. ESTADO LÍQUIDO
• Se difunden rápido y
siempre porque tienen
un camino libre medio
muy largo
• No tienen forma ni
volumen definidos
• Se difunden más lento y
no todos los líquidos son
mutuamente solubles
entre sí
• Retienen su volumen pero
no su forma
Es un estado de orden intermedio entre el
sólido y el gaseoso
5. PROPIEDADES DE LOS
LÍQUIDOS
• Presenta resistencia a fluir
• No todas las moléculas presentan igual atracción
Atraída
igual
Fuerza que se debe superar
para ampliar el área de la
superficie
Disminuyenconaumentosdetemperatura
6. PROPIEDADES DE LOS
LÍQUIDOS
• Además de las fuerzas intermoleculares en el seno de
los líquidos (fuerzas de cohesión), existen
interacciones entre las moléculas líquidas y las que
forman las paredes del contenedor (fuerzas de
adhesión)
• Los líquidos exhiben una concavidad dentro de los
recipientes cuyo diámetro es pequeño respecto a su
altura
Adhesión < Cohesión
Mercurio
Adhesión > Cohesión
Agua
7. PROPIEDADES DE LOS
LÍQUIDOS
• La energía cinética de las moléculas de un líquido
cambia constantemente debido a los choques
intermoleculares
• La distribución en un momento dado se parece a:
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,1 0,2
Mayor Temperatura
Menor Temperatura
Límite para superar las
fuerzas de atracción
( ) ( )g2
Equilibrio
l2 BrBr →←
La Presión que ejerce el vapor que se encuentra en un
sistema líquido-vapor en equilibrio se conoce como Presión
de Vapor y es proporcional a la temperatura
RT
E
eBoltzmanndeFactor
−
=
8. PROPIEDADES DE LOS
LÍQUIDOS
• Punto de Ebullición: es la temperatura a la cual la presión
de vapor iguala a la presión externa
• La temperatura de ebullición de un líquido permanece
constante ⇒ necesita energía ∆Ηvap
• Si la presión externa es 1 atm se conoce como punto de
ebullición normal
Punto de Fusión: es la temperatura a la
cual el sólido y el líquido coexisten en
equilibrio
La temperatura de congelación de un líquido
permanece constante ⇒ ceder energía ∆Ηfus
Si la presión externa es 1 atm se conoce como
punto de congelación ó fusión normal
9. CURVA DE CALENTAMIENTO
Si registramos la
temperatura cada
cierto intervalo de
tiempo al calentar
un trozo de hielo
hasta evaporarlo
totalmente
observaríamos esta
gráfica:
80 [cal/g]
540 [cal/g] para
H2O
11. DIAGRAMAS DE FASE DEL
H2O
Presión
[atm]
218
374Temperatura [ºC]
6,03x10-3
0,01
1
12. DIAGRAMAS DE FASE DEL
CO2
Presión
[atm]
72,8
31,0Temperatura [ºC]
5,11
-56,6
1
13. DIAGRAMAS DE FASE: SUPERFICIE PVT
• Los diagramas anteriores sólo
representan 2 de las 4 variables
que hemos empleado en el
curso.
• La alternativa sería representar
una cantidad dada
(usualmente expresada en
moles) y determinar cada uno
de los estados de equilibrio de
fases en términos de P, v y T con
un eje para cada una de las
variables.
14. EQUILIBRIO LÍQUIDO -
VAPOR
• La curva de equilibrio en el Diagrama PT es
no lineal, se puede linealizar usando
logaritmos:
logP = b – m(1/T)
• La pendiente depende del factor de
Boltzmann: m=E/2.3R
• E, en este caso es el calor de vaporización.
• La ordenada en el origen la determinamos
usando dos puntos diferentes.
−
∆
=
122
1 11
58,4
log
TT
H
P
P vap Ecuación de
Claussius-Clapeyron
15. ESTADO SÓLIDO
• Volumen y forma dados.
• Estructura definida.
• No son compresibles.
• Alta densidad.
• Bajo coeficiente de dilatación térmica.
• Elevadas fuerzas de cohesión de distinta naturaleza.
16. TIPOS DE SÓLIDOS
• Amorfos
• No tienen una forma específica ni una
estructura interna estándar.
• Cristalinos
• Los cristales se tipifican según la naturaleza de
la fuerza que los une:
• Moleculares, metálicos, iónicos y covalentes.
• Están arreglados en formas regulares basadas
en una representación esquemática ó patrón
de ordenamiento, que se llama celda
unitaria.
17. TIPOS DE CRISTALES
TIPO DE
FUERZA
FORMA DE LAS
PARTICULAS UNITARIAS
FUERZAS ENTRE LAS
PARTICULAS
PROPIEDADES EJEMPLOS
Molecular Átomos o moléculas Dispersión (London),
fuerzas dipolo-dipolo,
puentes de hidrógeno
Blandos, puntos de fusión de
bajo a moderadamente altos,
baja conductividad térmica y
eléctrica
Neón, -249 ºC
H2S, -86 ºC
H2O, 0 ºC
Vinagre 17 ºC
Covalente Átomos conectados en
una red de enlaces
covalentes
Enlaces covalentes Muy duros, punto de fusión
muy alto, baja conductividad
térmica y eléctrica
Diamante, 3550 ºC
Cuarzo, 1610 ºC
Iónica Iones negativos y positivos Atracciones electrostáticas Duros y quebradizos, alto
punto de fusión, baja
conductividad térmica y
eléctrica
Sales típicas:
NaCl, 801 ºC
Ca(NO3)2 645 ºC
Metálica Átomos Enlaces metálicos Desde blandos hasta duros,
punto de fusión desde bajo
hasta alto, excelente
conductividad térmica y
eléctrica, maleables y dúctiles
Elementos metálicos:
Hg, 39 ºC
Na, 98 ºC
W, 3410 ºC
18. CRISTALIZACIÓN
• Transición del estado líquido al sólido (si este
forma cristales) que ocurre en dos etapas:
• Formación de núcleos
• Crecimiento del cristal.
• Al disminuir la temperatura se favorece la
formación de núcleos y el crecimiento de
cristales a partir de ellos, ya que el movimiento
de los átomos disminuye.
• La rapidez de enfriamiento es el factor más
importante para determinar la rapidez de
nucleación, a más velocidad cristales más
pequeños.
