Unidad 13 Unidad 13 El estado sólido y líquidoEl estado sólido y líquido

1313.1.1Características y Características y

propiedades propiedades de los sólidos y de los sólidos y

líquidoslíquidos

En la teoría cinético En la teoría cinético molecular se estudia al molecular se estudia al estado gaseoso como estado gaseoso como una colección de una colección de moléculas separadas y moléculas separadas y con movimiento con movimiento constante y caótico.constante y caótico.

Aspectos generales

La energía cinética promedio La energía cinética promedio de las moléculas es mucho de las moléculas es mucho mayor que la energía que se mayor que la energía que se asocia con las fuerzas de asocia con las fuerzas de atracción entre ellas.atracción entre ellas.

La energía cinética de La energía cinética de las moléculas es las moléculas es comparable con las comparable con las fuerzas de atracción fuerzas de atracción entre ellas. entre ellas.

Las fuerzas de atracción son capaces de mantener Las fuerzas de atracción son capaces de mantener a las moléculas a distancias cortas, sin embargo, la a las moléculas a distancias cortas, sin embargo, la atracción intermolecular no es muy fuerte. atracción intermolecular no es muy fuerte.

Aspectos generales

Se ha encontrado desde entonces que las Se ha encontrado desde entonces que las características de los sólidos tienen que ver características de los sólidos tienen que ver con la con la estructuraestructura; ; esto es, el orden y los esto es, el orden y los enlaces específicos de los átomos que enlaces específicos de los átomos que constituyen el material.constituyen el material.

Aspectos generales

Comparación

EstructuraEstructura

Estado sólido

Una estructura que tiene una Una estructura que tiene una forma geométrica definida, forma geométrica definida, se denomina se denomina cristalcristal..

EEll acomodo ordenado en tres acomodo ordenado en tres dimensiones se llamadimensiones se llama red red cristalinacristalina..

La forma de la La forma de la celda unitariacelda unitaria y, por y, por lo tanto, de todo el cristal, depende lo tanto, de todo el cristal, depende de la fuerza de atracción entre las de la fuerza de atracción entre las partículas y si son diferentes de partículas y si son diferentes de sus tamaños relativos.sus tamaños relativos.

Todos los cristales pertenecen a algunos de los Todos los cristales pertenecen a algunos de los seis arreglos fundamentales de los ejes: seis arreglos fundamentales de los ejes: cúbico, tetragonal, ortorrómbico, hexagonal, cúbico, tetragonal, ortorrómbico, hexagonal, monoclínico, triclínico y romboédrico. monoclínico, triclínico y romboédrico.

Estado sólido

Por ejemploPor ejemplo::

Estado sólido

Tipos de sólidos

Sólidos covalentesSólidos covalentes

Un sólido puede ser Un sólido puede ser amorfoamorfo oo cristalinocristalino..

diamante

grafito

Las partículas que ocupan los puntos de la red en Las partículas que ocupan los puntos de la red en un sólido iónico son iones positivos y negativos. un sólido iónico son iones positivos y negativos.

Sólidos iónicosSólidos iónicos

Tipos de sólidos

En los sólidos moleculares los puntos de la red En los sólidos moleculares los puntos de la red están ocupados por moléculasestán ocupados por moléculas..

Sólidos covalentesSólidos covalentes

Tipos de sólidos

La red cristalina de los sólidos metálicos consta La red cristalina de los sólidos metálicos consta de átomos, en los cuales los electrones externos de átomos, en los cuales los electrones externos pueden moverse libremente de átomo a átomo.pueden moverse libremente de átomo a átomo.

Sólidos metálicosSólidos metálicos

Tipos de sólidos

Cambios de estado

El factor clave para determinar el estado físico de El factor clave para determinar el estado físico de una sustancia es la energía cinética promedio de una sustancia es la energía cinética promedio de las moléculas, en relación con la energía media las moléculas, en relación con la energía media de las fuerzas de atracción que existen entre de las fuerzas de atracción que existen entre ellas. ellas.

Las sustancias que existen como gases a Las sustancias que existen como gases a temperatura ambiente poseen fuerzas de temperatura ambiente poseen fuerzas de atracción intermoleculares más débiles que las atracción intermoleculares más débiles que las que poseen los líquidos y las sustancias que son que poseen los líquidos y las sustancias que son sólidas poseen atracción intermolecular más sólidas poseen atracción intermolecular más fuerte. fuerte.

Las conversiones de un estado a otro pueden Las conversiones de un estado a otro pueden llevarse a cabo por calentamiento o llevarse a cabo por calentamiento o enfriamiento, es decir variando la energía enfriamiento, es decir variando la energía cinética promedio de las moléculas.cinética promedio de las moléculas.

Cambios de estado

La La presión de vaporpresión de vapor de de un líquido es la presión un líquido es la presión ejercida por el vapor ejercida por el vapor que está en equilibrio que está en equilibrio con el líquido a una con el líquido a una determinada determinada temperatura. Depende temperatura. Depende de la temperatura y la de la temperatura y la naturaleza del líquido.naturaleza del líquido.

Equilibrio entre fasesinformación

Presión de vapor

• Curvas de presión de vaporCurvas de presión de vapor

78,3 10034,6

0

200

400

600

0 20 40 60 80 100

temperatura °C

P d

e v

ap

or

(mm

Hg

)

• Se dice que un líquido ebulle Se dice que un líquido ebulle cuando el vapor hace burbujas cuando el vapor hace burbujas en el interior del líquido, esta en el interior del líquido, esta condición se presenta condición se presenta cuando cuando ""la presión de vapor es igual la presión de vapor es igual a la presión externa que a la presión externa que actúa sobre la superficie del actúa sobre la superficie del líquidolíquido""..

El punto de ebullición de un El punto de ebullición de un líquido a 1 atmósfera de presión líquido a 1 atmósfera de presión se conoce comose conoce como punto de punto de ebullición normalebullición normal..

P2 > P1 = eb.

Presión de vapor

Monte Kilimanjaro (Tanzania)5895 m de altitud, P = 350 mmHg

Consecuencias

Teb (agua) = 79ºC

Presión de vapor

P » 2 atm

ßTeb (agua) » 120ºC

Aplicaciones

Tiempos de cocción más rápidos

Olla rápida

Presión de vapor

• Si el punto de ebullición Si el punto de ebullición depende de la presión depende de la presión atmosférica, entonces:atmosférica, entonces:

1 atm = 100° C

0,82 atm = 94° Cpor lo tanto, el tiempo de por lo tanto, el tiempo de cocción es mayor.cocción es mayor.

T1 Pvap ∝

Presión de vapor

• La La viscosidadviscosidad se relaciona con la facilidad se relaciona con la facilidad con la cual las moléculas individuales de un con la cual las moléculas individuales de un líquido se mueven en relación con las otras. líquido se mueven en relación con las otras.

Viscosidad

T1 Visc ∝

Por tanto, se puede definir viscosidad como Por tanto, se puede definir viscosidad como la resistencia de un líquido a salir o a fluir.la resistencia de un líquido a salir o a fluir.

• Las moléculas Las moléculas situadas en la situadas en la superficie del superficie del líquido son atraídas líquido son atraídas hacia abajo, hacia hacia abajo, hacia el seno del líquido, el seno del líquido, de forma que tales de forma que tales moléculas quedan moléculas quedan formando una formando una membrana o red. membrana o red.

Tensión superficial

• Si se aumenta la temperatura Si se aumenta la temperatura la energía cinética hace que la energía cinética hace que las moléculas se alejen, por las moléculas se alejen, por tanto la tensión superficial tanto la tensión superficial disminuye.disminuye.

H2O Hg

T1 Tsup =

Tensión superficial

• La acción capilar se debe a la tensión superficial La acción capilar se debe a la tensión superficial del líquido. El líquido se adhiere o humedece las del líquido. El líquido se adhiere o humedece las paredes de un tubo capilar (delgado).paredes de un tubo capilar (delgado).

Capilaridad

• Dentro de un capilar se presentan simultáneamente Dentro de un capilar se presentan simultáneamente dos fenómenos: las fuerzas adhesivas (disímiles) y dos fenómenos: las fuerzas adhesivas (disímiles) y las fuerzas cohesivas (similares)las fuerzas cohesivas (similares)

Fuerzas adhesivas

Fuerzas cohesivas

H2O

Hg

Capilaridad

• Paso Paso de de sólido a líquidosólido a líquido

Cambios de estado

• Paso Paso de de sólido a líquidosólido a líquido

)f

H( fusión de calor

∆

+∆H

)sH( ciónsolidifica

de calor

∆

−∆H

Cambios de estado

• Paso Paso dede líquido líquido a gas a gas

Cambios de estado

• Paso Paso dede líquido líquido a gas a gas

)cH( óncondensaci

de calor

∆

−∆H

)vH( ónvaporizaci

de calor

∆

+∆H

Cambios de estado

Curvas de calentamiento

Curvas de calentamiento

• 1era1era etapa etapa

)i

Tf

(T T c.esp.sól m f

Q −∆••=

Curvas de calentamiento

• 2da2da etapa etapa

f

H m f

Q ƥ=

Curvas de calentamiento

• 3era3era etapa etapa

)i

Tf

(T T c.esp.líq m f

Q −∆••=

Curvas de calentamiento

)

iT

f(T T c.esp.vap m

fQ −∆••=

• 4ta4ta y y 5ta 5ta etapaetapa

vH m f

Q ƥ=

Curvas de calentamiento

T (ºC)

q

0

hielo

hielo +

agua

Cambios de estado del agua

Ejemplo: agua a 1 atm sometida a un calentamiento continuo

100

agua vapor

agua + vapor

80 kcal/kg540 kcal/kg

1 kcal/kg·ºC

Cuando el cambio de estado es a presión constante

→ entalpía de cambio de estado

El cambio líquido → vapor lleva asociado un gran intercambio de energía!

≈ 0.5 kcal/kg·ºC

13.2 13.2 Diagrama de fasesDiagrama de fases

El estado físico de una sustancia depende no El estado físico de una sustancia depende no sólo de las fuerzas de atracción sólo de las fuerzas de atracción intermoleculares inherentes, sino también de intermoleculares inherentes, sino también de la temperatura y la presión. la temperatura y la presión.

Diagrama de fases

La información gráfica de la presión y la La información gráfica de la presión y la temperatura a la que pueden coexistir los tres temperatura a la que pueden coexistir los tres estados se denominaestados se denomina diagrama de fasesdiagrama de fases..

Diagrama de fases

Cada sustancia tiene ofrece de acuerdo a sus Cada sustancia tiene ofrece de acuerdo a sus característica un diagrama de fases.característica un diagrama de fases.

Diagrama de fases

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