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L quidos, S lidos y Cambios de Fase Energ a y Movimiento La energ a interna de una mol cula es proporcional a su temperatura absoluta y se transforma en energ a ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: L


1
Líquidos, Sólidos y Cambios de Fase
2
Energía y Movimiento
  • La energía interna de una molécula es
    proporcional a su temperatura absoluta y se
    transforma en energía cinética

En consecuencia
Las moléculas exhiben
Mayores fuerzas intermoleculares
3
Las Fuerzas Intermoleculares (Fuerzas de van der
Waals)
  • Fuerzas de dispersión (London)
  • Originadas por el movimiento electrónico (dipolos
    instantáneos)
  • Débiles
  • Mayores en las moléculas más grandes

-
-
  • Fuerzas Dipolo-Dipolo
  • Se presentan en moléculas polares
  • Dependen de la geometría de la molécula, los
    electrones libres y las diferencias de
    electronegatividad

4
Estado Líquido
  • Es un estado de orden intermedio entre el sólido
    y el gaseoso

Gases
Líquidos
  • Se difunden rápido y siempre porque tienen un
    camino libre medio muy largo
  • No tienen forma ni volumen definidos
  • Se difunden más lento y no todos los líquidos son
    mutuamente solubles entre sí
  • Retienen su volumen pero no su forma

5
Propiedades de los líquidos
  • Presenta resistencia a fluir
  • No todas las moléculas presentan igual atracción

Viscosidad
Tensión Superficial
Fuerza que se debe superar para ampliar el área
de la superficie
6
Propiedades de los Líquidos
  • Además de las fuerzas intermoleculares en el seno
    de los líquidos (fuerzas de cohesión), existen
    interacciones entre las moléculas líquidas y las
    que forman las paredes del contenedor (fuerzas de
    adhesión)
  • Los líquidos exhiben una concavidad dentro de los
    recipientes cuyo diámetro es pequeño respecto a
    su altura

Capilaridad
Adhesión lt Cohesión Mercurio
Adhesión gt Cohesión Agua
7
Propiedades de los líquidos
  • La energía cinética de las moléculas de un
    líquido cambia constantemente debido a los
    choques intermoleculares
  • La distribución en un momento dado se parece a
  • La Presión que ejerce el vapor que se encuentra
    en un sistema líquido-vapor en equilibrio se
    conoce como Presión de Vapor y es proporcional a
    la temperatura

8
Propiedades de los Líquidos
  • Punto de Ebullición es la temperatura a la cual
    la presión de vapor iguala a la presión externa
  • La temperatura de ebullición de un líquido
    permanece constante ? necesita energía ??vap
  • Si la presión externa es 1 atm se conoce como
    punto de ebullición normal
  • Punto de Fusión es la temperatura a la cual el
    sólido y el líquido coexisten en equilibrio
  • La temperatura de congelación de un líquido
    permanece constante ? ceder energía ??fus
  • Si la presión externa es 1 atm se conoce como
    punto de congelación ó fusión normal

9
Curva de Calentamiento
  • Si registramos la temperatura cada cierto
    intervalo de tiempo al calentar un trozo de hielo
    hasta evaporarlo totalmente observaríamos esta
    gráfica
  • 80 cal/g
  • 540 cal/g para H2O

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Cambios de Fase
  • Condensación
  • Soldificación
  • Deposición
  • Evaporación
  • Fusión
  • Sublimación

Estos cambios se pueden representar para una
sustancia pura en un Diagrama de Fases cuyos ejes
serán P y T
11
Diagramas de Fase del H2O
12
Diagramas de Fase del CO2
13
Diagramas de FaseSuperficie PvT
  • Los diagramas anteriores sólo representan 2 de
    las 4 variables que hemos empleado en el curso.
  • La alternativa sería representar una cantidad
    dada (usualmente expresada en moles) y determinar
    cada uno de los estados de equilibrio de fases en
    términos de P, v y T con un eje para cada una de
    las variables.

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Equilibrio Líquido - Vapor
  • La curva de equilibrio en el Diagrama PT es no
    lineal, se puede linealizar usando logaritmos
  • logP b m(1/T)
  • La pendiente depende del factor de Boltzmann
    mE/2.3R
  • E, en este caso es el calor de vaporización.
  • La ordenada en el origen la determinamos usando
    dos puntos diferentes.

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Estado Sólido
  • Volumen y forma dados.
  • Estructura definida.
  • No son compresibles.
  • Alta densidad.
  • Bajo coeficiente de dilatación térmica.
  • Elevadas fuerzas de cohesión de distinta
    naturaleza.

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Tipos de Sólidos
  • Amorfos
  • No tienen una forma específica ni una estructura
    interna estándar.
  • Cristalinos
  • Los cristales se tipifican según la naturaleza de
    la fuerza que los une
  • Moleculares, metálicos, iónicos y covalentes.
  • Están arreglados en formas regulares basadas en
    una representación esquemática ó patrón de
    ordenamiento, que se llama celda unitaria.

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Tipos de Cristales
TIPO DE FUERZA FORMA DE LAS PARTICULAS UNITARIAS FUERZAS ENTRE LAS PARTICULAS PROPIEDADES EJEMPLOS
Molecular Átomos o moléculas Dispersión (London), fuerzas dipolo-dipolo, puentes de hidrógeno Blandos, puntos de fusión de bajo a moderadamente altos, baja conductividad térmica y eléctrica Neón, -249 ºC H2S, -86 ºC H2O, 0 ºC Vinagre 17 ºC
Covalente Átomos conectados en una red de enlaces covalentes Enlaces covalentes Muy duros, punto de fusión muy alto, baja conductividad térmica y eléctrica Diamante, 3550 ºC Cuarzo, 1610 ºC
Iónica Iones negativos y positivos Atracciones electrostáticas Duros y quebradizos, alto punto de fusión, baja conductividad térmica y eléctrica Sales típicas NaCl, 801 ºC Ca(NO3)2 645 ºC
Metálica Átomos Enlaces metálicos Desde blandos hasta duros, punto de fusión desde bajo hasta alto, excelente conductividad térmica y eléctrica, maleables y dúctiles Elementos metálicos Hg, 39 ºC Na, 98 ºC W, 3410 ºC
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Celdas Unitarias
  • Paralelepípedo que por traslación de sí mismo
    genera completamente la red cristalina, según la
    disposición de sus puntos reticulares son
  • Primitivas o simples (P) sólo en los vértices.
  • Centradas en la Cara (F) vértices y en el centro
    de cada cara.
  • Centradas en el Cuerpo (I) vértices y uno en el
    interior de la celda unitaria a distancia
    equidistante a todos los vértices.
  • Centradas en la Base (C) vértices y en el centro
    en dos caras opuestas.
  • Forman sistemas axiales (cristalográficos)
    dependiendo de los vectores que conforman los
    lados
  • Comparación de ángulos.
  • Comparación de lados.

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Sistemas Cristalográficos
  • Sistema Cúbico a b c a b g 90º
  • Sistema Hexagonal a b ¹ c a b 90º g 120º
  • Sistema Tetragonal a b ¹ c a b g 90º
  • Sistema Romboédrico o Trigonal a b c a b
    g ¹ 90º
  • Sistema Ortorrómbico a ¹ b ¹ c a b g 90º
  • Sistema Monoclínico a ¹ b ¹ c a g 90º b ¹
    90º
  • Sistema Triclínico a ¹ b ¹ c a ¹ b ¹ g

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Redes de Bravais
P F I C
Cúbico Sí Sí Sí  
Hexagonal Sí      
Tetragonal Sí   Sí  
Trigonal Sí      
Ortorrómbico Sí Sí Sí Sí
Monoclínico Sí     Sí
Triclínico SÍ      
  • Conjunto infinito de puntos generado por las
    operaciones de traslación sobre la celda
    unitaria.
  • No todas las combinaciones Sistema vs. Centro son
    posibles (sólo 14)

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Disposición de los Puntos Reticulares
  • Detallemos al Sistema Ortorrómbico que tiene las
    cuatro disposiciones

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Polimorfismo
  • Propiedad de los materiales de existir en más de
    un tipo de red espacial en el estado sólido. Si
    el cambio en estructura es reversible, el cambio
    polimórfico se conoce como Alotropía.
  • El hierro es el ejemplo más conocido de un metal
    que presenta alotropía.
  • Cuando el hierro cristaliza a 2800F es cúbico
    centrado en el cuerpo (Fe d) a 2554F la
    estructura cambia a cúbica centrada en la cara
    (Fe g) y a 1670F vuelve a transformarse a en
    cúbica centrada en el cuerpo (Fe a)

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Cristalización
  • Transición del estado líquido al sólido (si este
    forma cristales) que ocurre en dos etapas
  • Formación de núcleos
  • Crecimiento del cristal.
  • Al disminuir la temperatura se favorece la
    formación de núcleos y el crecimiento de
    cristales a partir de ellos, ya que el movimiento
    de los átomos disminuye.
  • La rapidez de enfriamiento es el factor más
    importante para determinar la rapidez de
    nucleación, a más velocidad cristales más
    pequeños.
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