Estados de agregacion de la materia

TEMA 3.TEMA 3.

ESTADOS DE AGREGACIESTADOS DE AGREGACIÓÓNN

DE LA MATERIA DE LA MATERIA

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


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


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


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


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


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


Punto triple

P=1 atmCO2 (s) CO2 (g)

Hielo seco

Fuerzas Intermoleculares


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


Fuerzas dipolo-dipolo

Fuerzas dipolo-dipolo inducido

Fuerzas de dispersión de London

Puentes de Hidrógeno



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.



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



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



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.



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


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


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


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


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


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


Cristales iónicos

Cristales covalentes

Cristales moleculares

Cristales metálicos

Cristales iónicos


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



• 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



• 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



• 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


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


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


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?


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


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


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

Presión de vapor


Eteretílico Benceno

Agua

Tolueno

Anilina

Los puntos de ebullición normales serían las temperaturas de intersección de las curvas con la línea de P = 760 mm Hg (1 atm)

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