13.estado sólido y liquido
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Unidad 13 Unidad 13 El estado sólido y líquidoEl estado sólido y líquido
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1313.1.1Características y Características y
propiedades propiedades de los sólidos y de los sólidos y
líquidoslíquidos
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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.
![Page 4: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/4.jpg)
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
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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
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Comparación
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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.
![Page 8: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/8.jpg)
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
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Por ejemploPor ejemplo::
Estado sólido
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Tipos de sólidos
Sólidos covalentesSólidos covalentes
Un sólido puede ser Un sólido puede ser amorfoamorfo oo cristalinocristalino..
diamante
grafito
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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
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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
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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
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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.
![Page 15: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/15.jpg)
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
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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
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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
)
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• 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
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Monte Kilimanjaro (Tanzania)5895 m de altitud, P = 350 mmHg
Consecuencias
Teb (agua) = 79ºC
Presión de vapor
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P » 2 atm
ßTeb (agua) » 120ºC
Aplicaciones
Tiempos de cocción más rápidos
Olla rápida
Presión de vapor
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• 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
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• 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.
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• 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
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• 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
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• 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
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• 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
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• Paso Paso de de sólido a líquidosólido a líquido
Cambios de estado
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• Paso Paso de de sólido a líquidosólido a líquido
)f
H( fusión de calor
∆
+∆H
)sH( ciónsolidifica
de calor
∆
−∆H
Cambios de estado
![Page 29: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/29.jpg)
• Paso Paso dede líquido líquido a gas a gas
Cambios de estado
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• Paso Paso dede líquido líquido a gas a gas
)cH( óncondensaci
de calor
∆
−∆H
)vH( ónvaporizaci
de calor
∆
+∆H
Cambios de estado
![Page 31: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/31.jpg)
Curvas de calentamiento
![Page 32: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/32.jpg)
Curvas de calentamiento
![Page 33: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/33.jpg)
• 1era1era etapa etapa
)i
Tf
(T T c.esp.sól m f
Q −∆••=
Curvas de calentamiento
![Page 34: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/34.jpg)
• 2da2da etapa etapa
f
H m f
Q ƥ=
Curvas de calentamiento
![Page 35: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/35.jpg)
• 3era3era etapa etapa
)i
Tf
(T T c.esp.líq m f
Q −∆••=
Curvas de calentamiento
![Page 36: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/36.jpg)
)
iT
f(T T c.esp.vap m
fQ −∆••=
• 4ta4ta y y 5ta 5ta etapaetapa
vH m f
Q ƥ=
Curvas de calentamiento
![Page 37: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/37.jpg)
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
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13.2 13.2 Diagrama de fasesDiagrama de fases
![Page 39: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/39.jpg)
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..
![Page 40: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/40.jpg)
Diagrama de fases
![Page 41: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/41.jpg)
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
![Page 42: 13.estado sólido y liquido](https://reader033.fdocuments.mx/reader033/viewer/2022042607/559f294e1a28ab22378b4635/html5/thumbnails/42.jpg)
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