estados de agregacion de la materia
DESCRIPTION
Lecciones básicas de Química.TRANSCRIPT
TEMA 3. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3. ESTADOS DE AGREGACIÓÓN DE LA MATERIAN DE LA MATERIA
Contenidos
• Tema 3.1. Estados de agregación
• Tema 3.2. Gases
Contenidos
• Estados de agregación.• Cambios de fases. • Diagramas de fases.• Fuerzas Intermoleculares.• Tipos de Sólidos.• Los líquidos y sus propiedades.
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Estados de agregación
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Vibraciones alrededor de
posiciones fijasCasi ningunaDefinidoDefinidaSólido
Se deslizan entre sí librementeMuy bajaDefinidoAdopta la del
recipienteLíquido
Movimiento muy libreAltaAdopta el del
recipienteAdopta la del
recipienteGas
Movimiento de las
moléculasCompresibilidadVolumenForma
Una fase (E.A.) es la parte homógenea de un sistema en contacto con otras partes del mismo, pero separadas por una barrera bien definida.
2 FasesFase sólida = hieloFase líquida = agua
Cambios de Estado
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Fusión
Solidificación
Vaporización
Condensación
Sublimación
Sedimentación (o Subl.Inversa)
Al aumentar la T, aumenta la E cinética de lasmoléculas(movimiento).
A una P determinada, los cambios de estado se producen a una T específica: Puntos de fusión, ebullición y sublimación.
Cambios de Estado
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Los cambios de estado para una sustancia determinada ocurrenen unas condiciones específicas de P y T, que dependen de lasfuerzas de cohesión que mantienen unidas las partículas y su E cinética promedio.
Un diagrama de fases es un gráfico presión-temperatura que representa el estado de agregación en el que estaría presente una determinada sustancia, como sólido, líquido o gas, en unas determinadas condiciones.
Diagrama de fases del agua
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Punto triple
Si aumenta la P, aumentará el pto. de ebullición y disminuirá el pto. de fusión.
Si disminuye la P, disminuirá el pto. de ebullición y aumentará el pto. de fusión.
Diagrama de fases del agua
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Punto crítico: punto en el que se alcanzan las condicionesde Pc y Tc donde líquido y vapor se hacen indistinguiblesFluido supercrítico
Tc: T por encima de la cual el gas no puede licuarseaunque se aumente mucho la P.
Pc: P mínima que debe aplicarse para licuar un gas a la Tc.Punto crítico agua: Tc=374ºC, Pc=218 atm
Diagrama de fases del CO2
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Punto triple
P=1 atmCO2 (s) CO2 (g)
Hielo seco
Fuerzas Intermoleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Fuerzas intramoleculares: mantienen unidos los átomosdentro de una molécula Enlace
Fuerzas intermoleculares: son las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas.
Las Fuerzas Intermoleculares son importantes en las fases condensadas de la materia: Líquida y Sólida, y explican sus propiedades físicas.
El origen de estas fuerzas entre moléculas es muy diverso Fuerzas de Van der WaalsLas Fuerzas de Van der Waals son siempre de atracción (electrostáticas) y mucho más débiles que las intramoleculares.
Tipos de Fuerzas Intermoleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Fuerzas dipolo-dipolo
Fuerzas dipolo-dipolo inducido
Fuerzas de dispersión de London
Puentes de Hidrógeno
Tipos de Fuerzas Intermoleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Fuerzas Dipolo-dipolo Son fuerzas atractivas entre dos moléculas polares:
La fuerza de atracción entre dos dipolos es mucho menor que entre dos iones: Ej: Comparación de puntos de ebullición de HCl y NaCl -85ºCy 1465ºC
Fuerzas Dipolo-dipolo inducido Interacción entre una molécula polar y otra no polar: la distribución electrónica de la molécula apolar se distorsiona por la fuerza ejercida por el dipolo, induciéndose un dipolo temporal.
Tipos de Fuerzas Intermoleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Fuerzas de Dispersión de London
Existen en todas las moléculas
Puede darse que, por azar, en una molécula los electrones no estén distribuidos simétricamente se genera un dipolo instantáneo
Ese dipolo instantáneo puede inducir otro dipolo de corta existencia en otra molécula no polar vecina
Tipos de Fuerzas Intermoleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Fuerzas de Dispersión de London
Polarizabilidad: Tendencia a que se produzca separación de cargas en una molécula. Aumenta con el nº de e- y el volumen de la molécula.
La magnitud de las fuerzas de London depende de la polarizabilidad de las moléculas a mayor polarizabilidad mayor fuerza y mayor punto de fusión y ebullición
184114I2
59-7Br2
-35-101Cl2
-188-220F2
P.E. (ºC)P.F. (ºC)Especie
Tipos de Fuerzas Intermoleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Enlaces por puentes de Hidrógeno
Es una interacción dipolo-dipolo especial entre el átomo de H en un enlace polar (unido a un átomo muy electronegativo como N, O, F) y un átomo electronegativo pequeño (N, O, F) que tenga al menos un par de electrones libres localizados que atraigan el núcleo del H.
Son fuerzas intermoleculares muy intensas y permanentes y afectan fuertemente a la estructura y propiedades de los distintos compuestos. Los puntos de ebullición del HF, H2O y NH3 son más altos de lo esperado debido a la formación de asociaciones moleculares, a causa del enlace por Puente de Hidrógeno.
Tipos de Fuerzas Intermoleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Enlaces por puentes de Hidrógeno
Entre dos moléculas de H2O el protón del H es fuertemente atraído por el O interacciona casi exclusivamente con un par de electrones libres del O Puente de Hidrógeno
alrededor de una molécula en el sólido en el líquido
Ej: H2O
Estado sólido
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
El estado de agregación de una determinada sustancia depende de las condiciones de P y T, además del tipo de fuerzas que mantienen unidas sus partículas.
A P atmosférica, los puntos de fusión y ebullición son los que marcan el estado físico en el que estará determinada sustancia. Un sustancia con punto de fusión superior a la T ambiente estará en estado sólido.
- 246- 249LondonAtómicaNe
- 161.6- 182.5LondonCovalente no polarCH4
- 62- 83Dipolo-dipoloCovalente polarH2S
1000Puente de Hidrógeno
Covalente polarH2O
1465801IónicaIónicaNaCl
30001536Enlace metálicoMetálicaFe
Punto de ebullició
n (ºC)
Punto de fusión (ºC)
Interacción predomin
ante
Tipo de sustancia
Sustancia
Tipos de sólidos
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
También las propiedades de un sólido dependen de las fuerzas que mantienen unidas sus partículas. Tipos:
Sólidos metálicos → enlace metálico
Sólidos iónicos → enlace iónico
Sólidos covalentes → enlace covalentesólidos molecularessólidos en red
Tipos de sólidos
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Las propiedades macroscópicas de un sólido están determinadas por su estructura a nivel molecular. Hay dos categorías de sólidos en función del ordenamiento de sus partículas:
Sólidos cristalinos. Todos los átomos, iones o moléculas que los forman se acomodan de manera ordenada, ocupando posiciones específicas, con un orden a larga distancia. Unidad repetitiva: celda unitaria.
Sólidos amorfos. Todos los átomos, iones o moléculas que los forman están desordenados y se disponen al azar. Sólo presentan un orden a corta distancia.
Cuarzo cristalino (SiO2) Vidrio de cuarzo amorfo (SiO2)
Sólidos cristalinos
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Presentan superficies bien definidas Presentan anisotropía: propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas. Algo anisótropo podrá presentar diferentes características según la dirección.
Propiedades:
Sólidos amorfos
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Presentan superficies irregulares Presentan isotropía: propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas no varían en función de la dirección en que son examinadas.
Propiedades:
Tipos de sólidos cristalinos
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Cristales iónicos
Cristales covalentes
Cristales moleculares
Cristales metálicos
Cristales iónicos
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
CsCl ZnS CaF2
CaracterCaracteríísticassticas
• Vértices ocupados por cationes y aniones• Se mantienen unidos por atracción electrostática• Duros, frágiles, punto de fusión alto• Malos conductores de calor y electricidad
Cristales covalentes
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
CaracterCaracteríísticassticas
• Vértices ocupados por átomos• Se mantienen unidos por enlaces covalentes• Duros, punto de fusión alto• Malos conductores de calor y electricidad
Diamante
Grafito
Cristales moleculares
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
CaracterCaracteríísticassticas
• Puntos de entrecruzamiento ocupados por moléculas
• Se mantienen unidos por fuerzas intermoleculares
• Blandos, punto de fusión bajo• Malos conductores de calor y
electricidad• Ejemplos: cristales de I2, P4 y S8
Cristales metálicos
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
CaracterCaracteríísticassticas
• Puntos de entrecruzamiento ocupados por átomos de metal• Se mantienen unidos por enlaces metálicos• Blandos a duros, punto de fusión de bajo a alto• Buenos conductores de calor y electricidad
Corte transversal de un cristal metálico
núcleo y capa interna e-
“mar” móvilde e-
Los líquidos y sus propiedades
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Propiedades: Propiedades: están determinadas por la naturaleza de las fuerzas intermoleculares
• Tensión superficial• Fuerzas de cohesión y adhesión• Viscosidad• Presión de vapor
En los líquidos las fuerzas intermoleculares son suficientemente fuertes para mantener el volumen constante, pero la movilidad de las partículas que los forman es muy elevada y el grado de ordenación muy bajo.
Tensión superficial
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
La tensión superficial es la cantidad de energía requerida para dilatar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área.
Fuerzas intermoleculares fuertes provocan altas tensiones superficiales.
Al aumentar la temperatura disminuye la tensión superficial de un líquido.
Tensioactivos: sustancias que disminuyen la tensión superficial.
Fuerzas de cohesión y adhesión
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
La capilaridad es provocada por dos tipos de fuerzas:
Cohesión es la atracción intermolecular entre moléculas similares.
Adhesión es una atracción entre moléculas diferentes.
Adhesión
Cohesión
H2O Mercurio
¿Cómo escribe un bolígrafo?
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
La esfera móvil gira a lo largo del papel. Las fuerzas de adhesión entre la esfera y la tinta son reemplazadas por aquéllas entre la tinta y el papel.El resto de la tinta permanece en el bolígrafo por su alta viscosidad.
Viscosidad
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Viscosidad es una medida de la resistencia de un líquido para fluir.
Fuerzas intermoleculares fuertes provocan alta viscosidad.
Al aumentar la temperatura disminuye la viscosidad de un líquido.
Presión de vapor
TEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACITEMA 3.1. ESTADOS DE AGREGACIÓÓNN
Al aumentar la T, aumenta el movimiento de las moléculas → algunas pueden superar las fuerzas intermoleculares y escapar de la superficie del líquido al estado gaseoso → evaporación
En un recipiente abierto → ebullición → la P de las moléculas que escapan igualan a la Patm
En un recipiente cerrado → equilibrio dinámico entre evaporación y condensación.
Presión de vapor: P ejercida por un vapor en equilibrio con su líquido.
Pv alta → líquidos volátiles →fuerzas intermoleculares débilesPv baja → líquidos no volátiles → fuerzas intermoleculares fuertes