LIQUIDOS

Las propiedades del estado lquido No son compresiblesNo pueden representarse como arreglos; por lo que se considera como desordenadosSus densidades son similares a las de los slidos A pesar de que se tocan las partculas, se pueden mover aleatoreamente en cualquier direccin Al moverse toman la forma del recipienteLas interacciones son intermediasLIQUIDOS Meza y Chuchon1REPRESENTACIN DE LA ESTRUCTURA DE UN LQUIDO

2Algunas de las propiedades que se manifiestan como resultado de las fuerzas de interaccin entre las molculas para el caso de los lquidos:

Viscosidad: resistencia a fluirTensin superficial: Atraccin de las molculas en la superficiePresin de vapor: Capacidad de las molculas a escaparse del seno del lquidoPunto de ebullicin: Cuando la presin de vapor y la externa son iguales.3LIQUIDOSPropiedades observables que la diferencias de los otros estados de la materia. Entre ellas:

Densidad: Cantidad de materia por unidad de volumenForma: Es fija, moldeable o toma la forma del recipienteCompresibilidad: Al aplicar presin el volumen disminuye?Expansin trmica: Al calentarse cambia el volumen?4ESTADOPropiedadSlidoLquidoGasDensidadGrandeGrandePequeaFormaFijaLa del recipienteLlena el recipienteCompresibilidadPequeaPequeaGrandeExpansin trmicamuy pequeapequeamoderada5COMPARACIN GAS, SLIDO Y LQUIDO

ALGUNAS DE LAS CARACTERSTICAS QUE DISTINGUEN A LOS GASES, DE LOS DE LOS LQUIDOS Y DE LOS SLIDOS SON:Los gases se expanden espontneamente para llenar el recipiente que los contiene (el volumen del gas es igual al del recipiente) ; se pueden comprimir fcilmente (disminuyendo su volumen); forman mezclas homogneas unos con otros sin importar las identidades o las propiedades relativa relativas de los gases componentes; tienen sus molculas relativamente apartadas

Las sustancias que son lquidas o slidas, en condiciones normales o estndar, pueden convertirse a otras temperaturas en gases y se les conoce como vapores.7

8LIQUIDOS, SLIDOS Y CAMBIOS DE FASELas fuerzas intermoleculares son aquellas que mantienen las molculas unidas a ciertas temperaturas.

Son conocidas como fuerzas Van Der Waals (las fuerzas dipolo-dipolo, fuerzas de dispersin London) y puentes de hidrgeno.

Todas estas fuerzas intermoleculares resultan de la atraccin mutua de cargas opuestas o la repulsin mutua de cargas iguales.

Lasfuerzasintermolecularesdeterminanalgunaspropiedades macromolecularescomolospuntosdefusin ebullicin,viscosidad,etc.9CLASIFIACIN: FUERZAS INTERMOLECULARES Allvites, Miranda, Alendez y Alcala

FUERZAS DIPOLO-DIPOLOSe presentan en molculas polares como resultado de las interacciones elctricas entre dipolos de molculas vecinas. Las fuerzas pueden ser de atraccin o repulsin dependiendo de la orientacin de las molculas y se dan en sustancias polares.

11La fortaleza de esta depende del tamao de los momentos dipolares envueltos; por lo que, cuanto s ms polar sea una sustancia, mayor ser la fortaleza de esta.

Existe una relacin entre el momento dipolar y el punto de ebullicin. Mientras ms alto es el momento dipolar mas fuerte es la fuerza intermolecular y ms grande es la cantidad de calor que se debe aadir para sobrepasar las fuerzas y la sustancia poder pasar a fase gaseosa (vapor).

Por lo que: Alto momento dipolar, tienen alto punto de ebullicin.12EJEMPLO

CUANDOSECOMPARANSUSTANCIASCONMASAS MOLECULARES MUY DIFERENTES,LASFUERZASDEDISPERSINNORMALMENTESONMENOSIMPORTANTESQUELASFUERZAS FUERZASDIPOLARES.

2. FUERZAS DE DISPERSIN LONDONLas fuerzas de dispersin London de todos los tomos y molculas polares y no-polares resultan del movimiento de electrones. Se forman de dipolos instantneos en un tomo que puede afectar la distribucin electrnica en tomos vecinos e inducir dipolos temporales en esos tomos vecinos. Como resultado se desarrollan fuerzas de atraccin dbiles.15Su magnitud depende de la facilidad con la cual la nube electrnica de una molcula puede ser distorsionada por un campo elctrico cercano, propiedad conocida como POLARIZABILIDAD.Estnpresentesentodaslasmolculasysonlasnicasinteracciones presentes en los gases nobles y en molculas apolares.

INTERACCIONES DE DISPERSIN O LONDON

16Molculas pequeas o tomos livianos tienden a ser menos polarizables y tienen fuerzas de dispersin pequeas porque tienen pocos electrones a diferencia de una molcula grande o tomo pesado que posea muchos electrones que sern ms polarizable y sus fuerzas de dispersin sern mayores.

Otro factor importante en la determinacin de la magnitud de fuerzas de dispersin es la forma, molculas con formas ms dispersas maximizan el rea de superficie molecular lo que permite mayor contacto entre molculas y fuerzas de dispersin altas que las que poseen formas mas compactas.17La polarizabilidad aumenta con el nmero de electrones y masamolecular,ytambindepende de lageometra.

EJEMPLO:PUNTODEEBULLICINDELOSALCANOS(C)ENFUNCINDELNMERODETOMOSDECARBONO

3. PUENTES DE HIDRGENOInteraccin entre un tomo de hidrgeno enlazado a un tomo bien electronegativo (O, N, F) y un par de electrones sin compartir en otro tomo electronegativo.

20Los puentes de hidrgeno se forman porque los enlaces O-H, N-H y F-H son altamente polares con una carga parcial positiva en el tomo de hidrgeno y una carga parcial negativa en el tomo electronegativo.

Adems, el tomo de hidrgeno no tiene electrones en su ncleo, tiene tamao pequeo de manera que puede acercarse a otras molculas. Como resultado se forma una atraccin dipolo-dipolo entre el hidrgeno y el tomo electronegativo formando el puente de hidrgeno. Molculas con puentes de hidrgeno poseen altos puntos de ebullicin, similar a las fuerzas de dispersin Londn.

21INTERACCIONES DE PUENTE DE HIDRGENOEstasinteraccionespuedentenervaloresde10a40kJ/ molfrentealos3 - 4kJ/moldelasinteracciones entredosdipolosmenosintensos.

INTERACCIONES DE PUENTE DE HIDRGENOEnellquido,cadamolculasolotieneenlacesdeHconalgunadesusvecinas,loquepermitealasmolculasempaquetarsemsdensamenteenellquidoqueenelSlido(slido Vcondensacin Vvaporizacin = vcondensacin50PRESIN DE VAPOR DEL AGUA A DIFERENTES TEMPERATURAS

VARACIN DE LA PRESIN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA

ter dietlico, b) benceno, c) agua, d) tolueno, e) anilinaCundo hierve un lquido?A la T a la que Pvap = Pextya que es posible la formacin de burbujas de vapor en el interior del lquido.

Sistema abierto52

DEPENDENCIA DE LA PRESIN DE VAPOR CON LA TEMPERATURA: ECUACIN DE CLAUSIUS-CLAPEYRON

Dependencia de la presin de vapor con la temperatura:Ecuacin de Clausius-Clapeyron

EL PUNTO DE EBULLICIN DE UN LQUIDO VARA CON LA PRESIN EXTERNA23.825

55Monte Kilimanjaro (Tanzania)5895 m de altitud, P = 350 mmHg

CONSECUENCIASTeb (agua) = 79C

56INCREMENTO DE LA PRESIN DE VAPOR CON EL INCREMENTO DE LA TEMPERATURA A mayor temperatura ms molculas tendrn la energa cintica necesaria para escapar de las fuerzas atractivas de la superficie del lquido

Entre ms molculas estn en la fase gaseosa, mayor ser la presin de vapor Que ocurre si las molculas del interior del lquido adquieren la suficiente energa cintica como para poder vencer las interacciones atractivas intermoleculares y se tratan de escapar a la fase gaseosa? 57PRESIN DE VAPOR DE UN LQUIDOEs la presin que tiene un valor constante en equilibrio y a temperatura constante. El valor de la presin de vapor depende de la magnitud de fuerzas intermoleculares presentes y en la temperatura.

A menor fuerza intermolecular mayor presin de vapor porque las molculas pueden escapar fcilmente.

A mayor temperatura mayor presin de vapor porque una gran fraccin de molculas tiene suficiente energa cintica para escapar.58EBULLICION Cuando un lquido se calienta en un recipiente abierto hay un momento en el que la vaporizacin tiene lugar en el seno de todo el lquido, no solamente en la superficie; es decir se produce la ebullicin del lquido.

El punto de ebullicin de un lquido es la temperatura a la que su presin de vapor se iguala la presin externa.

Si la presin externa es la presin normal (1 bar), se denomina punto de ebullicin normal. (1atm = 1.01325 bar)

EBULLICION

61Esta burbuja en el interior del lquido se colapsar rpidamente si la presin externa es mayor que la presin de vapor

Si la presin externa es igual o menor a la presin de vapor, entonces la burbuja permanecer o se expandir haciendo que el lquido hierva.

A 100C la presin de vapor del agua es de 760 torr (1 atm) o lo que es lo mismo es igual a la presin atmosfrica que acta sobre el lquido en un recipiente abierto

A esta temperatura las burbujas no se colapsarn y el lquido hervir 62EBULLICIN DE UN LQUIDOLa ebullicin de un lquidoOcurre cuando la presin de vapor de un lquido aumenta hasta ser igual que la presin externa, el lquido cambia completamente a vapor y ocurre la ebullicin.

Punto de ebullicin normalTemperatura en la cual ocurre la ebullicin cuando la presin externa es exactamente a 1 atm. Si la presin externa es menor de 1 atm, la presin de vapor del lquido necesario para la ebullicin se alcanza antes y el lquido entra en ebullicin a temperatura mas baja que lo normal. Si la presin externa es mayor de 1 atm, se alcanza la presin mas tarde y la ebullicin ocurre a mayor temperatura que la normal.

63DIAGRAMA DE FASE yoEl diagrama de fases resume las condiciones en las que una sustancia existe como slido, lquido o gas, o aquellas en las que hay dos o ms fases en equilibrio.

Una fase de la materia puede cambiar a otra dependiendo de la temperatura y presin. El diagrama de fase es una forma conveniente de presentar la dependencia de temperatura y presin de una sustancia pura en un sistema cerrado.

Demuestra que fase es ms estable a diferentes combinaciones de presin y temperatura. Cuando una lnea se cruza entre fases ocurre un cambio de fase

64Punto triple: Representa una combinacin nica de temperatura y presin donde los tres estados de la materia coexisten en equilibrio.

Punto crtico: Punto en el cual la temperatura critica es la temperatura sobre la cual un gas no puede ser licuado, no importa cuan grande sea la presin, la presin critica es la presin sobre la cual un lquido no puede ser evaporado, no importa cuan alta sea la temperatura.

En el punto crtico se forma el fluido supercrtico que no se puede distinguir entre lquido y gas.65Dado que el equilibrio no solo existe entre la fase lquida y la de vapor, sino que tambin existe entre la fase lquida y la slida y la slida y la de vapor de una sustancia, es necesario un mtodo que nos permita describir todos estos fenmenos a la vez.

Los diagramas de fases son la manera grfica de describir los efectos de la presin y la temperatura en las fases de una sustancia66

67Las curvas indican las condiciones de temperatura y presin en las cuales se presenta el equilibrio entre las diferentes fases en que una sustancia puede existir

La curva de la presin de vapor es la frontera entre los estados condensados y el gaseoso de una sustancia. Para una temperatura dada, nos dice la presin de vapor de la sustancia. La presin de vapor termina en un punto crtico. La temperatura por encima de la cual el gas no podr ser licuado independientemente de la presin aplicada, donde la energa cintica es demasiado grande para que las interacciones atractivas puedan vencerla, sin importar la temperatura aplicada.DIAGRAMA DE FASE68DIAGRAMA DE FASES EN SISTEMAS DE UN COMPONENTE.

Curvas de Presin de VaporTemperatura de fusin a PTemperatura de ebullicin a PPunto de ebullicin normal:Temperatura a la que la presinde vapor del lquido es igual a la presin de 1 bar ( o 1 atm).Punto de fusin normal:Temperatura a la que funde el slido si la presin es de 1 bar.69La lnea entre las fases slida y gaseosa indica la presin de vapor del slido y las temperaturas a las que sublima. La lnea entre las fases lquida y slida indica la temperatura de fusin del slido como funcin de la presin.

Para la mayora de las sustancias, el slido es ms denso que el lquido . Un incremento en la presin, usualmente favorecera la fase slida por ser ms densa. Usualmente se necesitan temperaturas mayores para fundir la fase slida a presiones mayores 70TEMPERATURA Y PRESIN CRTICAS

Los gases pueden licuarse ya sea disminuyendo la temperatura o aumentando la presin. Siempre y cuando la temperatura no sea demasiado grande, podemos usar la presin para licuar un gas .Conforme la temperatura sube, se vuelve ms difcil usar la presin para licuar un lquido, debido al incremento de la energa cintica de las molculas de la sustancia. Para cualquier sustancia hay una temperatura por encima de la cual es imposible licuar un gas independientemente del incremento en la presin La mayor temperatura a la cual una sustancia puede existir como lquido se conoce como temperatura crtica y La presin crtica es aquella que se requiere para condensar un gas a su temperatura crtica71PUNTO TRIPLE: los valores de presin y temperatura donde coexisten las tres fases en equilibrio.

PUNTO CRTICO: temperatura ms alta a la que puede existir el lquido.

73

DIFERENCIA ENTRE EL DIAGRAMA DE FASE DE AGUA Y DIXIDO DE CARBONO

Ambos diagramas poseen caractersticas similares con la nica diferencia de la pendiente, lnea que separa la fase slida y liquida.

En el diagrama de fase de agua la pendiente es negativa, tiene una inclinacin hacia la izquierda. Esto significa que la fase slida es menos densa que el lquido, ya que quedan espacios vacos entre las molculas de agua.74DIAGRAMA DE FASE DE AGUA

75El estado slido del agua (hielo) es menos denso que el estado lquido, entonces el estado lquido es ms compacto que el slido

Al incrementar la presin se favorecer la compactacin de las molculas, es decir, se favorecer el estado lquido; es decir, al incrementar la presin se disminuir la temperatura a la cual el slido funde

Las pendientes de la curva de fusin se inclina a la izquierda, a diferencia de la mayora de los compuestos

A los 100 C la presin de vapor del agua es de 760 torr o 1 atm, de manera que a esta temperatura el agua hierve si est a 1 atm de presin A presiones por debajo de los 4.58 torr, el agua estar presente ya sea como gas o como slido y no se presentar como lquido76DIAGRAMA DE FASE DE DIXIDO DE CARBONO

77La pendiente es positiva esta desplazada hacia la derecha, lo que indica que la fase slida es ms densa que la fase liquida.

Esto se debe a que las molculas estn bien empacadas en el slido.78DIAGRAMAS DE FASES: POLIMORFISMO (ALOTROPA)