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Físico-química – Farmacia – UB – 2017

TEORIA CINETICA DE LA MATERIA: conexión micro-macro

GasesGasesMoléculas muy separadas → muy baja interacción entre ellas (excepto gases reales)

→ fácilmente compresibles→ se pueden expandir para ocupar el volumen que los contiene

Estados condensados (líquidos y sólidos)Estados condensados (líquidos y sólidos)Muy poca separación entre moléculas → fuerzas intermoleculares (de atracción)

→ baja compresibilidad→ alta densidad

Líquidos → las moléculas tienen libertad para moverse, fluirSólidos → las moléculas no tienen libertad para moverse; posición rígida

cristalinos (posiciones definidas en una red) o amorfos (no definidos)

Lo que diferencia a estas 3 fasesfases son las fuerzas intermoleculares

Quartz cristalino y vidrio amorfo

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

PREGUNTA

Un vaso de agua puede ser llenado hasta un poco más allá de su altura máxima, sin que el agua caiga. ¿Por qué?

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

RESPUESTA

Un vaso de agua puede ser llenado hasta un poco más allá de su altura máxima, sin que el agua caiga. ¿Por qué?

Las fuerzas intermoleculares impiden que moléculas de agua caigan (se separen del resto).

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

Cambio de faseCambio de fase: Es aquel cambio en la estructura molecular de una sustancia, producido al agregar o sacar energía.

A >T, más moléculas se escapan del líquido hacia el gas

Presión de vaporPresión de vapor: presión de una gas cuando está en equilibrio con su fase líquida (este equilibrio es dinámico, hay condensación y evaporación al mismo tiempo).

Existe un temperatura crtemperatura crííticatica, a partir de la cual las moléculas se mueven tanto que ya no es posible que el sistema permanezca en fase líquida. Ni siquiera aumentando mucho la presión.

TcH2O = 647 K

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

Cuando la P. de vapor cruza la P. atmosférica, el líquido entra en ebullición.

las moléculas del líquido están siendo “apretadas” hacia abajo por la atmósfera; al cruzar la P. atmosférica, las moléculas se ”liberan”.

ln P=−ΔH vap

RT+C

Ecuación de Clausius-Clapeyron para la P. de vapor:

C = cte (depende del líquido y de las unidades)

lnP1P2

=Δ H vap

R ( 1T 2−1T 1)

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

Ejemplo) Calcular el punto de ebullición del agua a una presión de 0.75 atm (~2600 m sobre el nivel del mar). Datos: ΔH

agua (100oC) = 40700 J/mol.

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

Ejemplo) Calcular el punto de ebullición del agua a una presión de 0.75 atm (~2600 m sobre el nivel del mar). Datos: ΔH

agua (100oC) = 40700 J/mol.

P1 = 1 atm, T

1 = 373 K, P

2 = 0.75 atm, T

2 =? K

lnP1P2

=Δ H vap

R ( 1T 2−1T 1) ⇒

1T 2

=R

ΔHln(P1P2)+

1T 1

1T 2

=8.314 J /mol . K40700J /mol

ln( 1atm0.75 atm)+ 1373K

⇒ T 2=365K (92oC)

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

Curva de calentamiento/enfriamiento:

Sobreenfriamiento:

Tem

pera

tura

(oC

)

Tiempo (s)

0

100

evaporación

condensación

fusión

congelación

Tem

pera

tura

(oC

)

Tiempo (s)

0 Las moléculas no se ordenan correctamente para formar el sólido, y por eso siguen en el estado líquido. (los sólidos amorfos son estados sobreenfriados)

También existen la sublimación y la deposición

Δ H subl=Δ H fus+ΔH vap

Δ H fus ,ΔH vap

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

Diagrama de fases (cada sustancia tiene uno):

H2O

● Divide al espacio P vs T en fases● Curvas de coexistencia g-l, g-s, l-s● Punto triple● Punto crítico

S

Puede haber varias fases sólidas(también líquidas, ej, Helio)

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

PREGUNTA

Si una pesa es colocada sobre un bloque de hielo, lo atravesará. ¿Por qué?

1kg1kg

1kg1kg

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

RESPUESTA

Si una pesa es colocada sobre un bloque de hielo, lo atravesará. ¿Por qué?

La barra de la pesa aplica presión sobre la sección de hielo debajo suyo, lo que hace que esa parte del bloque cambie a fase líquida. Luego, el bloque baja, y al hacerlo la P de ese líquido vuelve a su valor normal, por lo que se transforma nuevamente en sólido. Y esto se repite hasta que la barra llega al piso.

1kg1kg

1kg1kg

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

S

PREGUNTA

Si una muestra de azufre se encuentra en equilibrio, a presión y temperatura estándar, ¿qué fase tendrá menor energía libre?

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

S

RESPUESTA

Si una muestra de azufre se encuentra en equilibrio, a presión y temperatura estándar, ¿qué fase tendrá menor energía libre?

Rómbica

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

PREGUNTA

El diagrama muestra la relación entre T y S, a diferentes volúmenes y presiones. Las fases líquida y gaseosa coexisten bajo la campana roja. ¿Qué característica tiene el punto superior de la campana y cómo se llama?

*Markus Schweiss - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=414968

*

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

RESPUESTA

El diagrama muestra la relación entre T y S, a diferentes volúmenes y presiones. Las fases líquida y gaseosa coexisten bajo la campana roja. ¿Qué característica tiene el punto superior de la campana y cómo se llama?

*Markus Schweiss - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=414968

*

Punto crítico. Fuera de la campana la diferenciación entre líquido y gas desaparece.

(Pensar en que cuando caliento un líquido, su T no cambia durante la transición; aquí cambia constantemente, luego, no hay transición)

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

PREGUNTA

¿Por qué dentro de la campana las isobaras son horizontales?

1) La temperatura no cambia, por lo que el sistema debe estar aislado2) Porque representan un cambio a entropía constante3) Porque representan un cambio de fases4) Porque allí ΔH = 0

*Markus Schweiss - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=414968

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TERMODINÁMICA: Cambios de fase

RESPUESTA

¿Por qué dentro de la campana las isobaras son horizontales?

1) La temperatura no cambia, por lo que el sistema debe estar aislado2) Porque representan un cambio a entropía constante3) Porque representan un cambio de fases4) Porque allí ΔH = 0

*Markus Schweiss - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=414968

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