Descripción de los 3 estados de la materia Química General II Estados líquido y sólido. Diagrama de Fases

Estado Líquido 

El estado líquido se caracteriza por:

• • • •

Retener su volumen pero no su forma. No poder comprimirse. Los líquidos se difunden mas lentamente que los gases. Poseen tensión superficial.

Estado líquido • • •

Se evaporan Tienen presiones de vapor características. Tienen puntos de ebullición característicos.

Viscosidad (η) 

Es lo contrario a la fluidez.



Por lo tanto se define como resistencia al flujo.



Es la cantidad de materia que fluye en una distancia dada en un tiempo limitado.

Factores que afectan la viscosidad 1.

Temperatura

T  



1



Si se aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética. Las moléculas o partículas vibran mas, se alejan unas de otras. Como consecuencia disminuyen las fuerzas de atracción intermoleculares.

Factores que afectan la viscosidad 2.

Peso Molecular

Peso Molecular α η Que en sustancias de la misma familia química, corresponde al tamaño.

Metano, etano, propano, butano

Factores que afectan la viscosidad 3.

Fuerzas intermoleculares.

Si hay fuerzas de mayor intensidad, hay mas viscosidad. Fuerzas:

-dipolo-dipolo -Puentes de hidrógeno -dispersión de London.

Comparación entre benceno y agua

H2O

Medición de la viscosidad 

Puede determinarse en función de la cantidad de materia que fluye una distancia dada en un tiempo determinado. 1 poise (P) = 1 g/(cm.s) 1 milipoise (mP) = 0.001 poise

Medición de la viscosidad 

Se mide en un viscosímetro de Ostwald a 20ºC.



Fórmula:

 

1 2

 t  t

1 1

2

2

Ejercicios 

De los siguientes pares de sustancias, escoja la mas viscosa:

• Pentano y octano a 20ºC • C3H8O3 o C6H6 a 25ºC • Propanol o glicerina a 40ºC • Aceite de motor a -10ºC o aceite de motor a 20ºC

Ejercicios 

Una muestra de aceite con densidad de 0.954 g/cm3 se le determinó su viscosidad y se compara con el etanol que tiene una densidad de 0.78 g/cm3. El tiempo de paso por un viscosimetro del aceite es de 120.5 s y el del etanol es de 93.4 s. Viscosidad del etanol: 12 mP.



Cuál es la viscosidad relativa del aceite? Ojo:

 rel

  

sus tan cia agua

Viscosidad del agua = 10.02 mP

Ejercicio 

Cuál es la relación de los tiempos necesarios para que volumenes iguales de acetona y etanol fluyan a través de un viscosímetro a 20ºC? Las densidades de la acetona y del etanol a esta temperatura son : 0.791 y 0.789 g/cm3 respectivamente. La viscosidad de la acetona es 3.31 mpoises y la del etanol es de 11.94 mpoises.



Calcular las viscosidades relativas de ambas sustancias.

Tensión superficial 

Se define como el trabajo necesario para expandir la superficie de un líquido por unidad de área.



Se aplica en términos de las fuerzas de atracción intermolecular y es una medida de éstas.

Tensión superficial 

Fuerzas de atracción intermolecular:

• Fuerzas de adhesión:

entre moléculas diferentes (por ejemplo el menisco).

• Fuerzas de cohesión: entre moléculas iguales (forma de las gotas).

Medición de la tensión superficial 

Se utiliza el método del capilar.



Se coloca un capilar con un radio determinado y se mide la altura a la que sube el líquido.

Medición de la tensión superficial. 1   hrg 2 Donde: h = altura en cm. r = radio del capilar en cm ρ = densidad en g/cm3 g = es la gravedad como 980 cm/seg2 La tensión superficial está en dinas/cm o g/s2

Ejercicios 

El etanol tiene una densidad de 0.741 g/cm3. Se eleva 5.2 cm en un tubo capilar a 20ºC, con radio capilar de 0.011 cm. ¿Cuál es su tensión superficial?



El nitrobenceno se eleva 2.48 cm en un capilar cuyo diámetro es 0.06 cm , ¿Cuál será la densidad si la tensión superficial es de 43.9 dinas/cm?

Estado sólido 

Es el estado físico en el cual los iones, moléculas o átomos mantienen sus posiciones fijas debido a la intensidad de las fuerzas intermoleculares.

Características del estado sólido •

Es rígido (no fluye).

•

No se comprime.

•

Difusión lenta y con condiciones muy específicas

•

Puntos de fusión característicos.

•

Algunos tienen presiones de vapor características (subliman)

Vidrio 

Es un estado físico característico de ciertas sustancias que es intermedio entre los estados sólido y líquido.



En términos generales, posee todas las propiedades de los sólidos con excepción de la capacidad de fluir.



Los cambio de estado reciben los siguientes nombres:

• • • •

Sólido a vidrio: vitrificación. Vidrio a sólido: cristalización o devitrificación. Vidrio a líquido: reblandecimiento Líquido a vidrio: vitrificación.

Diagrama de fases 

Es una gráfica de presión contra temperatura.



Se representan las condiciones bajo las cuales la sustancia existe como gas, líquido o sólido.



Se representan las condiciones bajo las cuales hay un equilibrio entre 2 o 3 de esas fases.

Diagrama de Fases. 

En las regiones fuera de las líneas sólo existe una fase.

• •

•

El estado sólido existe a bajas temperaturas y presiones altas. El estado líquido a temperaturas y presiones intermedias.

El estado gaseoso a bajas presiones y altas temperaturas.

Diagramas de fases 

A lo largo de las líneas existen dos fases en equilibrio.



Hay un punto donde se unen las tres líneas y existen tres fases en equilibrio, a este se le llama punto triple.

Ejemplos. 

Para el diagrama de fases del CO2 determine:

•

•

•

Que fases existen a:

• • •

5.2 atm y – 60 ºC 1 atm y -50ºC 6 atm y -50ºC

Si el dióxido de carbono a -78ºC experimenta un descenso de presión de 5 a 0.5 atm, que cambio físico ocurre? Si el dióxido de carbono a 8 atm se calienta de -78ºC a -50ºC que cambio físico ocurre?

Clasificación de los Estados de la Materia. Gases

Líquidos

Sólidos

1. Carecen de forma definida, llenan completamente el recipiente.

1. Carecen de forma definida, adoptan la forma del recipiente.

1. Forma definida (resisten a la deformación)

2. Compresibles

2. Ligeramente compresibles. Volumen definido.

2. Casi incompresibles

3. Baja densidad

3. Alta densidad.

3. Mayor densidad que los líquidos

4. Fluidos

4. Fluidos

4. No son fluidos.

5. Se difunden con rapidez

5. Se difunden a través de otros líquidos

5. Se difunden muy lentamente a través de otros sólidos.

6. Partículas extremadamente desordenadas, mucho espacio vacío, movimiento aleatorio en 3 direcciones.

6. Conjuntos desordenado de partículas muy cercanas entre si, con movimiento aleatorio tridimensional.

6. Orden determinado de partículas, únicamente con movimiento vibratorio, partículas muy cercanas entre si.

Estados de la materia

Conceptos importantes a recordar 

Calor molar de vaporización: Es la cantidad de calor necesaria para evaporar un mol de un líquido a una presión externa constante y a una temperatura específica.



Presión de vapor: Es la presión ejercida por el gas que está en equilibrio con la superficie del líquido, debido a las moléculas o átomos del mismo que se evaporan de su superficie.

•

Depende de:

•

Naturaleza del líquido y por tanto de sus fuerzas intermoleculares.

•

La temperatura.

... Conceptos... 

Punto de ebullición normal: Es la temperatura a la cual el líquido hierve cuando la presión atmosférica es 760 mm Hg.

•

El punto de ebullición está relacionado con el calor de vaporización a través de la ley de Trouton. ΔH vap ≈ 21 Teb.

Teb en Kelvin

•

Se aplica a la mayoría de compuestos orgánicos, no para el agua o sustancias que formen puentes de hidrógeno.

... Conceptos... 

Temperatura crítica: Es la temperatura a la cual mas allá, la sustancia no puede existir en estado líquido.



Presión crítica: Es la presión a la cual mas allá, la sustancia no puede existir en estado líquido.