TITULO: ESTADO DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA (SÓLIDOS)

OBJETIVO GENERAL:

Diferencias entre un sólido amorfo y un sólido cristalino. Determinar las temperaturas de los líquidos. Obtener cristales y conocer los factores para una buena cristalización. Determinar algunas propiedades de los sólidos cristalinos y amorfos.

FUNDAMENTO TEORICO:

HIOGROSCOPIAEs la capacidad de algunas sustancias de absorber o ceder humedad dependiendo del medio en que se encuentra. un producto higroscópico es la miel y las sales higroscópicas, como lo indica su nombre, tienen la cualidad de conservar una mayor cantidad de humedad en el volumen en que están contenidas.

SÓLIDO AMORFO: Amorfo, del griego “sin forma “. Los sólidos amorfos poseen partículas que no poseen una estructura ordenada, estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien, otras se componen de moléculas grandes y complejas. No poseen puntos de fusión definido y son sustancias isotropicas, es decir, poseen las mismas propiedades en cualquier dirección en que se midan.

Ej: talco, ule, vidrio, plástico, brea.

SÓLIDOS CRISTALINOS: Se componen de moléculas o iones que tienen un ordenamiento de largo alcance que forman redes, las propiedades físicas de estos sólidos son anisotropicas, es decir no son iguales en todas las direcciones.

Estos sólidos suelen tener superficies planas o caras que tienen ángulos definidos entre si y estas caras tienes formas regulares.

Ej: cuarzo, diamante, cloruro de sodio, calcina, mica, asbesto, ovidiana

La estructura interna de los sólidos cristalinos se estudia en términos de red cristalina y celda unitaria (o celdilla unitaria).

Red CristalinaLlamada también retículo espacial, es la configuración o distribución espacial (tridimensional) de las partículas (átomos, moléculas o iones) que conforman un sólido cristalino generando modelos geométricos regulares.

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Celda O Celdilla UnitariaEs una celda elemental de un cristal, que representa el modelo geométrico característico de la estructura reticular; debe contener un número entero de partículas (átomos, iones o moléculas) componentes de la red.

El cristal o red cristalina está constituido por un conjunto de celdas elementales e unitarias ordenados en el espacio tridimensional.

Para diferenciar mejor una red cristalina y una celda unitaria, planteemos una analogía: imaginemos una pared de ladrillos, la pared es análogo a la red cristalina y cada ladrillo es análogo a la celda unitaria o elemental.

DELICUESCENCIA: Propiedad que algunas sustancias sólidas tienen de absorber la humedad del aire y de disolverse en ella. Tiene lugar cuando se forma una disolución saturada con una presión de vapor inferior a la del agua en el aire.

La delicuescencia es debida a que el sólido se disuelve en la humedad que se condensa en su superficie, dando lugar a una capa muy fina de una disolución muy concentrada, y cuya presión de vapor es muy baja. Para que la presión de vapor de esta disolución pueda igualar la presión parcial del vapor de agua del aire, el sólido absorbe más agua. Este proceso continúa hasta que toda la masa del sólido se disuelve. El cloruro de calcio y el hidróxido de sodio son ejemplos de sólidos delicuescentes.ISOTROPIA

La isotropía se refiere al hecho de que ciertas magnitudes vectoriales medibles dan resultados idénticos con independencia de la dirección escogida para la medida. Cuando una determinada magnitud no presenta isotropía decimos que presenta anisotropía..

Por ejemplo, cuando medimos el comportamiento de la luz al atravesar un objeto, los cristales anisótropos presentan distintos índices de refracción en función de la dirección del haz de luz. Esta propiedad es constante en un cristal isótropo. La estructura interna de un mineral determina su comportamiento isótropo o anisótropo. Si éste no posee una organización interna, o si ésta es muy regular, se trata de un mineral isótropo. Cualquier otro es considerado anisótropo

ANISOTROPIALa anisotropía (opuesta de isotropía) es la 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.

el fenómeno de la anisotropía se debe a la ordenación particular de los átomos de la red cristalina ES DECIR En los materiales que se evidencia una relación directa con la estructura atómica y molecular del cuerpo en cuestión. Los cuerpos que no presentan anisotropía, isótropos, constituyen una excepción

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ALOTROPIA

Alotropía es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes, un ejemplo conocido como el oxígeno, que puede presentarse como oxígeno atmosférico (O2) y como ozono (O3), o con características físicas distintas, como el fósforo, que se presenta como fósforo rojo y fósforo blanco (P4), o el carbono, que lo hace como grafito , diamante y fulereno. Para que a un elemento se le pueda denominar como alótropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo estado físico.

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POLIMORFISMO Las sustancias pueden existir en más de una forma cristalina, a esto se llama polimorfismo. .Lo fundamental es que el tipo de polimorfo está definido por la unidad de celda. Ej. Paracetamol:Monoclinico: estable en condiciones de P y T ambiente.Ortorrombico: donde las moléculas tienen otra conformación espacialdando origen a un empaque más comprimidoy de mayor densidad .

TERMOPLASTICO

A temperatura ambiente son materiales rígidos, pero al elevar la temperatura se vuelven blandos y moldeables. Sus propiedades fisicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces , generalmente disminuyen estas propiedades. Entre sus cadenas presentan fuerzas de Van der Waals que, al aumentar la temperatura, se debilitan, y por ello estos plásticos se reblandecen. Los más usados son el: polietileno (PE), el poliestireno (PS), el metacrilato, el policloruro de vinilo (PVC), el teflón (o politetrafluoretileno, PTFE) y el nylon (un tipo de poliamida).

PUNTO DE FUSION

Punto de fusión

El punto de fusión es la temperatura a la cual el estado sólido y el estado líquido de una sustancia, coexisten en equilibrio térmico, a una presión de 1 atmósfera.

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Por lo tanto, el punto de fusión no es el pasaje sino el punto de equilibrio entre los estados sólido y líquido de una sustancia dada. Al pasaje se lo conoce como derretimiento.

PUNTO DE EBULLICION

El punto de ebullición de un compuesto químico es la temperatura que debe alcanzar este para pasar del estado líquido al estado gaseoso. La definición exacta del punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la presión atmosférica. Por ejemplo

A nivel del mar la presión atmosférica es de 1 atm. o 760 mmHg, el punto de ebullición del agua a esta presión será de 100°C porque a esa temperatura la presión de vapor alcanza una presión de 1 atm.

Puntos de fusión en azul ypuntos de ebulliciónen rosado de los primeros ochoácidos carboxilicos (°C)

PRESION DE VAPOR

Presión que ejerce el vapor en equilibrio con el líquido o el sólido que lo origina a determinada temperatura y dependiendo la sustancia en donde se encuentre existirá:

Presión de vapor de líquidos

Presión de vapor de sólidos

SUBLIMACION:Cambio de una sustancia del estado sólido al vapor sin pasar por el estado líquido.

Algunas de las moléculas de un sólido pueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuerzas de cohesión y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre: el sólido se sublima. Inversamente, al chocar estas moléculas gaseosas contra la superficie del sólido, pueden quedar retenidas, condensándose el vapor. El equilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la de condensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor que depende de la naturaleza del sólido y de la temperatura.

El proceso de sublimación va acompañado necesariamente de una absorción de energía térmica. La cantidad de energía térmica que se necesita para sublimar a temperatura constante un kilogramo de sustancia en estado sólido se conoce como energía o calor latente de sublimación. El calor latente de sublimación de una

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sustancia es igual a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de vaporización.

SISTEMAS CRISTALINOS

REDES DE BRAVAIS

Cuando se permite que las celdas elementales contengan, además, iones, átomos o bien moléculas en el centro, o en el centro de las caras, se generan otras 14 celdas unitarias que forman las redes de Bravais. Por ejemplo, el sistema cúbico genera tres redes de Bravais diferentes: una simple cúbica, como la de NaCl, otra cúbica centrada en el cuerpo y la cúbica centrada en las caras.

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Ejemplo

Determine el número neto de Na+ y Cl- en la celda unitaria de NaCl, cúbica centrada en las caras.

R  En este caso, debemos conocer la estructura de las celdas como la mencionada anteriormente para el NaCl. Allí se observa, por ejemplo, que los átomos ocupan posiciones en los vértices de modo que 1/8 de estos vértices corresponde a una celda. Entonces si es cara centrada, la figura que se tiene es de la forma que se muestra; entonces ya sabemos como calcular la cantidad de átomos de cada participante en la celda unitaria. Si el Cl- está en los vértices y en el centro de la cara, entonces

8(1) + 6( 1 ) = 4 lones Cl-

8 2

Un Na+ ocupa el lugar del centro del cubo, por lo que está completamente en la celda, además está en las aristas compartidas por otras 4 celdas de donde, según la Figura que se acompaña,

1(1) + 12(1) = 4 iones Na+

MATERIALES

EXPERIMENTO Nº 01Trozos de brea, lámina de lata, mechero, un trozo de plástico, termómetro, naftalina, una liga, alambre de cobre.

EXPERIMENTO Nº 02

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Luna de reloj ,sulfato de cobre , hidróxido de sodio gramo de yodo, vaso de 205 ml, termómetro.EXPERIMENTO Nº 03Caja Petri, sulfato de cobres (sólido), mechero, papel filtro.EXPERIMENTO Nº 04Modelos de celda unitaria.EXPERIMENTO Nº 05 Tubo de prueba de 13x100, 2,5 ml de alcohol etílico un vaso de 250 ml, una rejilla con asbesto, un agitador en forma de anillo , termómetro.

EXPERIMENTO Nº 01

1.- DIFERENCIA ENTRE SÓLIDO AMORFO Y CRISTALINO

Prueba A FUSIÓN DE UN “SÓLIDO AMORFO”

Procedimiento.- colocar un trozo de brea sobre una lámina de lata que se debe colocar sobre un trípode y luego comenzar a calentar lentamente sobre un mechero. Después repetir el mismo procedimiento con el plástico.

Observaciones.-Se nota que la brea y el plástico no tienen una temperatura de fusión determinada debido que no todo la brea se funde a la misma temperatura. La brea comienza fundirse a la temperatura de 28 Cº. Igualmente el vidrio que comienza a fundirse a la temperatura de 32 Cº

conclusiones .-De esto se concluye que las sustancias como el plástico y la brea no tiene una temperatura de fusión definida .entonces todo sólido amorfo no tiene una temperatura de fusión definida, se puede definir como un rango de temperatura.

Prueba B FUSIÓN DE SÓLIDO CRISTALINO (NAFTALENO)

Un capilar q contiene naftaleno, se le amarra un termómetro con una liga y se sumerge todo el conjunto en un vaso de 250mL lleno a ¾ partes con agua.Se calienta el vaso con el mechero suavemente y se agito el agua con movimientos verticales de un agitador.Se anoto la temperatura a la cual el naftaleno salio del capilar y se puso de una forma gelatinosa, la cual fue de 76°.Esta es la temperatura de fusión obtenida experimentalmente en las condiciones del laboratorio.La temperatura de fusión del naftaleno a 1atm es de 80°.

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La eficiencia fue de 95%

80 100%

%error=[(80-76)/80]*100=5

La medición no fue eficiente a un 100% porque talvez no estábamos a una presión de 1atm en lugar realizado el experimento exactamente y/o no se agito bien en el momento.

EXPERIMENTO Nº 02

2.- PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS

2.1.-ABSORCION DEL AGUA.

HIGROSCOPIA:

Procedimiento.- dejar sobre una luna de reloj un poco de sulfato de cobre puro anhidro al ambiente y observar.Observaciones.- este elemento comienza a tornarse de un color azul pero mantiene su fase sólida.

Conclusiones.- el color azul es la muestra de que esta sustancia comienza a absorber la humedad del medio ambiente que esta humedad hace una reacción produciendo este color azulado

DELICUESCENCIA:

Procedimiento.- dejar sobre una luna de reloj un poco de hidróxido de sodio al ambiente y observar.

Observaciones.- mantiene el color blanco pero comienza a pasar a la fase liquida.

Conclusiones.- el hidróxido de sodio comienza a absorber la humedad del medio ambiente y en su superficie se comienza a depositarse esta humedad con lo cual esto ayuda a que este comienza a pasar a su fase liquida.

76 95%

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SUBLIMACION Procedimiento:Colocamos un gramo de yodo dentro de un tuvo fe ensayo, ligo lo tapamos y después lo introducimos en un vaso con agua, previamente calentado a una temperatura de 80Cº, u observar. Observaciones:Notamos la aparición de de un gas color grosella.Conclusiones:El yodo comienza absorber calor que el agua le transmite y esta lo utiliza para sublimarse.

EXPERIMENTO Nº 03Obtención de sólidos cristalinos (a partir de una solución acuosa)

Procedimiento:Primeramente este experimento no se realizo en el laboratorio, pero el experimento se procede de la siguiente manera:

Sostenga en una mano el tubo de ensayo que contiene sulfato de cobre (sólido) en agua y sométalo a calentamiento suave a fuego directo hasta la disolución completa.

Vierta la solución acuosa de CuSO4 caliente a la caja petri y cúbralo con su tapa , deje enfriar a temperatura ambiente y e vez en cuando observe sin mover la base de la caja petri (aprox. Cada 15 minutos) hasta la formulación de cristales de CuSO4,5H2O.Observe la propagación de los cristales.

Con un escarbadientes o palito de fósforo separa varios monocristales en un papel de filtro y observe con una lupa.

Observar y anotar.

Observaciones: Se forman pequeños sólidos de color azulado que vendrían a se los cristales y que conforme se satura la solución y estos pequeños sólidos se introduce en dicha solución notaremos que cada vez crecen mas.

Conclusiones: Es importante conocer la forma que tiene cada uno de los cristales ya que esto nos permitirá actuar sobre dicho material, este concepto mas se utiliza en cuando se estudia CRISTALOGRAFIA.

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EXPERIMENTO Nº 04Modelo de celdas unitarias:

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Empaquetamiento cúbico de cara centrada

Empaquetamiento hexagonal compacto

EXPERIMENTO Nº 05PROCEDIMIENTO.-DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN DEL ALCOHOL ETÍLICO

En un tubo de prueba de 13x100 se hecho 2.5mL de alcohol etílico, se introduce un capilar en el tubo q contiene alcohol con el extremo cerrado arriba.Se sujeto el tubo de prueba un termómetro mediante una ligaSe sumerge todo el conjunto en un vaso de 250mL lleno a ¾ partes con agua.Se calienta el vaso con el mechero suavemente y se agito el agua con movimientos verticales de un agitador.Se anoto la temperatura a la cual salio la primera burbuja del tubo q contiene alcohol la cual fue de 75° aproximadamente, luego se llevo a una temperatura mayor aproximadamente a unos 88°, luego se retiro de la llama se dejo enfriar, se espero hasta q saliera la ultima burbuja, en ese momento se anoto la temperatura la cual fue de 79° aproximadamente.

La temperatura de ebullición de alcohol etílico es de 78° A 1 atm.Las temperaturas obtenidas en el experimento fueron de 75° y 79°

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De acuerdo a los datos obtenidos la temperatura de ebullición del alcohol etílico debería ser de 75° ya que un líquido ebulle cuando comienzan a formarse burbujas de su vapor dentro del mismo.

La medición de la temperatura de ebullición del alcohol etílico fue con eficiencia de 101.28% de lo que nuestra eficiencia es negativa(-1.28% de aproximación)

78° 100%

79° 101.28%

La medición no ha sido exacta porque no fue eficiente a un 100% porque talvez no estábamos a una presión de 1atm en lugar realizado el experimento exactamente y/o no se agito bien en el momento, y efectivamente el día de la experiencia estuvo un poco frío lo que nos indica que la presión atmosférica fue mayor.

Porcentaje = [ (78-79)/78]*100= - 1.28 De error %

LOS SÓLIDOS Y SUS PROPIEDADES

TIPOS DE SÓLIDO

PARTICULAS DE LA CELDA

UNITARIA

FUERZAS ENTRE LAS PATICULAS

PROPIEDADES EJEMPLOS

MOLECULARMoléculas o

átomos

Dispersión de fuerzas de

london, dipolo-dipolo, puente de hidrógeno.

Son blandos, punto de fusión

bajos, baja conductividad

térmica y eléctrica.(a

mayor polaridad mas alta son

estas propiedades)

Argon (Ar) metano (CH4)

Sacarosa (C12H22O11) Hielo seco

(CO2)Amoniaco

(NH3)

COVALENTEÁtomos

conectados en una red de

enlaces covalentes

Enlaces Covalentes

(comparición de electrones)

Son duros, Punto de fusión y

ebullición alto, Baja

conductividad

Diamante (C) Cuarzo

(SiO2)Carburo de silicio (SiC)

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térmica y eléctrica.

IONICOIones positivos

y negativos

Atracciones electrostáticas entre iones de carga opuesta.

Duros y Quebradizos,

punto de fusión y ebullición

relativamente altos, baja

conductividad térmica y eléctrica

(conductores de segundo orden)

Sales típicas:

Cloruro de Sodio (NaCl)

Nitrato de Calcio

Ca(NO3)2

METALICO

Iones metálicos positivos en un

mar de electrones

Enlaces Metálicos (atracción

electrostática entre iones positivos y electrones)

Son Blandos y hasta muy duros, punto de fusión

desde bajo hasta alto, excelente conductividad

térmica y eléctrica, son maleables y

dúctiles

Calcio (Ca)Estroncio

(Sr)Cobre (Cu) Hierro (Fe)

Aluminio (Al)Litio (Li)

Sodio (Na)Cromo (Cr)Estaño (Sn)

DIAGRAMA DE FASES

DIAGRAMA DE FASE DEL AGUA

DIAGRAMA DE FASE DEL CO2

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Punto triple

DIAGRAMA DEL ALCOHOL ETILICO

RESUMEN

1. ¿Por qué es importante conocer la temperatura de fusión, temperatura de ebullición de las sustancias?

Dependerá del contexto en donde nos encontremos, en nuestro caso es el laboratorio, este dato nos permitirá obtener mayor precisión en los balances de energía;

2. ¿Por qué es importante tener conocimiento del tipo de empaquetamiento del sólido?

Esta propiedad no permitirá conocer con que material estamos trabajando ya que me permitirá determinar de los fenómenos de reflexión, de refracción, la solubilidad, densidad, dureza,etc.

3. ¿influye el tipo de empaquetamiento en las propiedades físicas de los sólidos cristalinos?

El tipo de empaquetamiento como ya se dijo esta muy relacionado con la fuerza de atracción entre los átomos (se podría decir que cuanto mayo es la atracción existe mas probabilidad de que se trate de un cristalinos en consecuencia de que esta ordenado presentando se así las diferentes propiedades de los cristales como la anisotropía)

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BIBLIOGRAFIA

RAIMOND CHANG.

http://161.116.85.21/crista/castella/xarxes-bravais/xarxes_es.htm# : rede s de bravais.

http://nautilus.fis.uc.pt/ : contiene información de la higroscopia, delicuescencia; para sólidos cristalinos.

Un enlace de Internet aquí tenemos información de las redes de bravías http://www.esimez.ipn.mx/aca_quimi/q1pdf/Apuntes%20de

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http://es.wikipedia.org/wiki/Cambio_de_estado en los diferentes conceptos

http://www.uc.cl/sw_educ/qda1106/CAP3/3A/3A2/index.htm redes de bravais

http://www.fq.uh.cu/dpto/qi/nestor/enlace_web/solidos_web/solidos_web/ solidos_inorganicos.htm empaquetamientos

Estos enlaces se utilizaron de complemento:

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www.uam.es/cultura/museos/mineralogia/especifica/mineralesAZ/Pirita/ pirita.html

http://www.uam.es/cultura/museos/mineralogia/especifica/re1999/pirita.html

http://www.q1.fcen.uba.ar/materias/qi1/doc/GTP05mod.pdf

http://www.mysvarela.nom.es/quimica/practicas_eso/puntos_de_fusion.htm

http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/polimorfismo%20y%20enantiomeria.htm

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