Para un par de moléculas no polares el único térmico atractivo es el de dispersión. Si la molécula 1 y 2 son iguales. a) Ne-Ne.

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1 SR.- alcula la ngía d intacción d dispsión paa dos moléculas situadas a 5 Å, n los siguints casos. Molécula (cm I(Kcal/mol T b (K K X ompaa l sultado obtnido con la tmpatua d bullición nomal. Paa un pa d moléculas no polas l único témico atactivo s l d dispsión didi I I I I Si la molécula y son iguals didi I a - didi.5 8 J.9 5 m m.58 J.5kJ mol

2 Moléculas di-di (kj mol - T b (K K-K X-X mayo intacción atactiva nt las moléculas mayo s la ngía cinética (tmpatua ncsaia paa vnc las intaccions intmolculas y pasa dl stado líquido al gasoso

3 SR.- Justifica, paa l caso dl gón n l poblma antio, po qué s ignoan habitualmnt las fuzas gavitacionals. onsida qu la distancia mínima d accaminto, dada po l diámto molcula, s d 5.7 Å. La ngía d intacción tin la foma didi 78 Sindo I on los datos dl poblma antio, paa l caso dl gón 5. J m Po lo qu la fuza nt las moléculas dbida a la intacción atactiva sá F didi didi 7 una distancia d =5.7 Å=5.7 - m la fuza sá F.5 J m.5 El valo ngativo indica una fuza atactiva, qu intnta disminui la distancia nt las moléculas. didi La fuza d intacción gavitatoia nt dos moléculas d gón s: mm Fg G Sindo m =m =( / Kg y G=.7 - m Kg - Rsultando qu a la distancia d m la fuza gavitatoia s F 8.97 g Es dci, la fuza d oign lctostático nt las moléculas s dl odn d vcs más gand qu la fuza gavitatoia. O, lo qu s lo mismo, a todos los fctos podmos dspcia sta última.

4 SR.- Sabindo la polaizabilidad dl gón (poblma y l momnto dipola dl agua (.85 Dbys, calcula a la ngía d intacción dipolo-dipolo inducido a la distancia d contacto. Paa llo consida ambas moléculas como sfas con diámtos ígidos d.8 Å paa l agón y.7 Å paa l agua. b Si la polaizabilidad d volumn dl agua s d.5 - m y los potncials d ionización dl agua y agón son spctivamnt. y 5.8 cuál s la ngía d intacción atactiva total?. H O = / + / =.9 Å a La ngía d intacción dipolo-dipolo inducido s: ddi omo l dipolo d la molécula ( s co quda simplmnt: ddi 9. J.5kJ mol m J. m m.9 m

5 b Paa tn la ngía d intacción atactiva total hmos d suma la intacción dipolo inducido-dipolo inducido (la dipolo-dipolo s nula poqu l momnto dipola dl s co didi I I I I Utilizando l sistma intnacional (pasando la ngía d ionización a Jouls, las polaizabilizads a m y la distancia a m quda: didi J.87kJ mol atac didi ddi.87.5.kj mol

6 SR.- Suponga qu la intacción nt dos moléculas tin la foma (=B/ m / n. Mosta qu una condición ncsaia paa qu ( tnga un mínimo s qu las fuzas pulsivas san d mno alcanc qu las atactivas (s dci, qu m>n. ( B m n La condición d mínimo s d( d d ( d Si hacmos la divada pima igualamos a co: d( m n B m n d d( m n B m n d n B nm m óts qu paa qu haya un punto singula (mínimo, máximo o d inflxión n m Si hacmos la divada sgunda: d ( d d ( d d d m n B m n n B( n m ( m n m

7 Si calculamos la divada sgunda n l punto singula d ( d n B( n n n B nm m m ( m m n B n m m Opando s llga a la xpsión: d ( d m m n B nm m nm n m d ( Si n>m d d ( Si n<m d y s un mínimo y s un máximo

8 SR5.- El potncial d Lnnad-Jons tin la foma gnal LJ =-/ + B/. Expsa l potncial n téminos d (valo d la ngía n l mínimo d la cuva d intacción y (distancia d spaación n l mínimo, así como d y (distancia cuando LJ =. LJ B ( ( LJ -,5 / d ( d LJ s la posición dl mínimo s l valo d qu hac LJ = = - LJ (= -/ - Supongamos qu qumos xpsa LJ n función d la posición dl mínimo y la pofundidad dl pozo LJ LJ, ; El mínimo lo podmos nconta tomando la pima divada d ( igualando a co dlj( d dlj( d B 7 B 7 B / (

9 La pofundidad dl pozo n l mínimo la podmos nconta sustituyndo ( n ( y cambiando l signo ( LJ B B B B B Tnmos po tanto dos cuacions (( y ( qu lacionan B y con y ( B / B B Y sustituyndo n ( LJ B ( LJ (

10 Supongamos qu qumos xpsa LJ n función d la posición qu anula lpotncialy la pofundidad dl pozo LJ LJ, ; El valo d qu anula LJ lo podmos obtn fácilmnt B B / ( Tnmos po tanto dos cuacions (( y ( qu lacionan B y con y B / B Y sustituyndo n ( B LJ ( B LJ (

11 SR.- alcula la fuza nt dos moléculas d mtano spaadas a 8 Å b 5 Å y c Å si la intacción obdc a un potncial d Lnnad- Jons con paámtos =. y =.8 Å. d uándo s anula la fuza? LJ B ( F int F d LJ( 7 d a.8.8 F( 8Å. b F( 5Å.8 9 c F( Å Å - 7. d F 7 7 c d b a /.5Å

12 SR7.- La ngía d intacción dl sistma H O-l n l mínimo d la cuva d Lnnad-Jons s d. kjmol -. Dtmina la distancia d quilibio tnindo n cunta qu las intaccions atactivas d st sistma son la suma d intaccions dipolo-dipolo inducido y dipolo inducido-dipolo inducido. Datos: Molécula (cm μ (D I ( H O l...5 LJ ( p LJ ( atac ( B ( onocido podmos obtn si calculamos pimo : / atac ( ddi didi omo la molécula d l s apola no hay intacción dipolo-dipolo y la intacción d-di sá nt l dipolo dl agua ( y l inducido n l ttaclouo d cabono ( ddi on lo qu quda: didi II I I II I I

13 Sustituyndo datos: m.7 m. m.5 J. I 8 J.8 I 8 m J J m.7.59å m.59 /

14 SR8.- onocidos los valos paa la dnsidad d la timtilamina gasosa n función d la psión, a la tmpatua d º: P(atm....8 ρ(gl alcula l sgundo coficint dl viial y l pso molcula. Supondmos qu dado qu tabajamos a psions modadas, la cuación d stado dl gas podá apoximas como: P RT m B(T m ( Dado qu los datos vinn n función d la dnsidad podmos fctua l cambio m n m M n on lo qu la c. ( quda como: PM B(T RT M Y odnando: P RT RT B(T M M ( Es dci, una psntación d P/ fnt a dbía da una lína cta d cuya odnada n l oign podmos obtn M y d la pndint B(T

15 P/ (atm l g - Datos xpimntals: P/ (atm l g - (g l y = -.7x +.78 R² = (g l - ompaando l sultado dl ajust con ( tnmos: RT M RT M.78 atm l g B(T.7 atm l g Sabindo qu R=.8 atm l K - mol - y T=7.5 K, obtnmos: M 59. B(T.97 g mol l mol

16 SR9. Paa studia l compotaminto d una dtminada sustancia a T=5 K s ncsita dscibi las intaccions qu apacn nt las moléculas qu la foman. Paa llo s lig un potncial d la foma ( a Dtmina l valo d d la antio xpsión tnindo n cunta las siguints popidads d las moléculas. (D (cm I (kcal/mol..5-5 di di di d d d ata I I I I KT I I I I KT I KT = Jm

17 b Paa un amplio intvalo d psions, l compotaminto n fas gas d sta sustancia vin adcuadamnt dscito po la siguint función d stado: m m B(T RT P Sabindo qu l gas musta un compotaminto idal a T=5K (tmpatua d Boyl dtmina l valo d n la xpsión dl potncial intmolcula. (ota: supon qu a distancias mayos qu >> ( T=5 K B(T= d B(T ( int d B(T ( int d d ( ( int int d d d d T=5 K B(T= B(T =. Å

18 SR.- alcula la xpsión dl sgundo coficint dl viial paa un gas cuyo potncial d intacción tin la foma: (R σ - σ R El potncial d intacción intmolcula tin la foma: ( ( ( Ecuación d la cta qu pasa po los puntos (, y (,- x x x x y y y y Sindo (x,y = (, y (x,y = (,- on st potncial podmos calcula ahoa l coficint dl viial B(T hacindo uso d la cuación int ( B(T d

19 d B(T ( int d d d int int int ( ( ( d d d KT ( ( d d ( ( d ( ( La intgal qu quda pud solvs fácilmnt considando qu >> (. En s caso: ( ( ( ( d ( ( B(T d ( d ( ( ( El coficint B(T quda n st caso:

20 SR.- onsid un cistal d átomos. La ngía vibacional d cada modo nomal pud s scita como =xh, dond x pud toma cualqui valo continuo nt y +. dmás, como n l tataminto d Einstin sólo s posibl una única fcuncia vibacional. alcula: a la función d patición dl cistal, b la ngía vibacional c la capacidad caloífica dl cistal. Q Paa un sólido d átomos gados d libtad. otacions y taslacion,s así qu habán -vibacions Si s muy gand - sá apoximadamnt igual a Tomando las vibacions como indpndints (modos nomals la función d patición dl sólido sá: Q vib q vib,i i os dic l nunciado qu cada una d las vibacions tin una ngía qu pud vaia d foma continua, po lo qu la función d patición d cada una d llas quda: q vib,i j j xh dx Es dci, la suma sob un conjunto discto d stados s tansfoma n una intgal ya qu l númo cuántico x vaía d foma continua. La intgal s sulv d foma inmdiata: xh qvib,i h h h omo todas las vibacions tinn la misma fcuncia la función d patición canónica dl sistma quda: vib i q vib,i i h h

21 La contibución vibacional a la ngía intna sá: U vib lnq T vib, ln h T, dln h dt La contibución vibacional a la capacidad caloífica sá:,vib U T vib, T, k

22 SR.-Paa un dtminado líquido a 5º l volumn mola s d cm mol - y la intgal d la función g( nt y l pim mínimo d la función d distibución adial dl líquido val 8 Å. alcula l númo d coodinación. El númo d coodinación s obtin sumando todas las moléculas qu s ncuntan a una distancia mno dl vall nt los dos pimos picos d la función d distibución m d g( O lo qu s los mismo m m m g ( d g ( d ( La dnsidad s l númo d moléculas po unidad d volumn y po tanto m. cm.å Sustituyndo n ( y sabindo l sultado d la intgal: m g ( d. 8. 5

23 SR.- La siguint figua musta las funcions d distibución adial, calculadas mdiant dinámica molcula paa l anión clouo n agua (l-o y l-h. pati d llas dduci cómo s disponn, n témino mdio, las moléculas d agua n la pima capa d solvatación. ómo podía calculas a pati d la función d distibución l númo d moléculas qu foman sta pima capa d solvatación?. Å. Å. Å La función d distibución adial d los hidógnos psnta dos picos, situados a. y. Å, mintas qu la d los oxígnos psnta un solo pico situado a. Å, s dci.9 Å más aljado qu l pim pico d los hidógnos. Est hcho qui dci qu las moléculas d agua solvatan al ión clouo ncaando los hidógnos hacia l ión, como cospond a una intacción nt la caga ngativa y l dipolo dl agua.

24 dmás, si tnmos n cunta qu la molécula d agua psnta la siguint gomtía: ~5º ~.95 Å Podmos compoba qu la difncia nt las posicions más pobabls d los hidógnos y oxígnos d la pima capa coincidn con la longitud dl nlac O-H. Es dci, tndmos ncsaiamnt una disposición linal nt los átomos l(- H-O ~ 8º l- H O H Paa confima l modlo podmos calcula la distancia dl clouo al sgundo hidógno y compaala con l sgundo pico d la función d distibución b =. Å l- H O ~ 5º a? c =.97 Å H

25 El lado a s obtin po l toma dl cosno: a b c bccos Tomando c=.97 Å, b=. Å y =5º s obtin a=. Å, n acudo con la obsvación d la función d distibución adial. El númo d coodinación s obtin sumando todas las moléculas qu s ncuntan a una distancia mno dl vall nt los dos pimos picos d la función d distibución m m g ( d g ( En st caso podmos haclo con la función d distibución adial d los oxígnos o d los hidógnos. ota: las funcions d distibución adial psntadas n la figua s han nomalizado spcto a la dnsidad d moléculas d agua. omo hay hidógnos po molécula, la función d distibución d los hidógnos tind a a lagas distancias n luga d a uno. d

26 SR.- En la siguint figua s dan las funcions d distibución paa l catión a + n agua (a-o y a-h. Dduci la disposición d las moléculas d agua n la pima capa d solvatación. Ent l pim y l sgundo pico d la función a-o apac un mínimo muy ponunciado, cuál sía l significado físico d qu st mínimo llgas a g(=?, n qué casos pud spas st compotaminto?..5 Å. Å 5. Å.9 Å En st caso los oxígnos stán más ccanos al ión qu los hidógnos, dbido a la caga positiva dl mismo. La difncia nt las posicions más pobabls d los oxígnos hidógnos d la pima capa s mno qu la distancia d nlac O-H, lo qu indica qu O hay una disposición linal a(+ O-H dmás l sgundo pico d la función d distibución d lso hidógnos stá muy ljos d la posicíon dl pim pico d los oxígnos, lo qu indica qu stos hidógnos no stán unidos a los oxígnos d la pima capa. ospondn a moléculas d la sgunda capa.

27 sí pus, los dos hidógnos d las moléculas d agua d la pima capa apacn a la misma distancia (n un solo pico spcto dl a(+ a+.5 Å. Å O.97 Å H. Å.97 Å a+ O H H.5 Å. Å.97 Å El ángulo a O-H s pud calcula usando l toma dl cosno: a b c bccos Tomando c=.97 Å, b=.5 Å y a=. Å s obtin =5º. Si la función d distibución s anula nt l pim y sgundo pico indica qu la pobabilidad d nconta moléculas d agua s nula a sa distancia. Est fnómno apac n ions qu po su gan caga (j. l(+ o pquño tamaño (l B(+ atan futmnt a las moléculas d agua d la pima capa no pmitindo qu s aljn y qu s intcambin con moléculas pocdnts dl sto dl disolvnt. En st caso l ión s muv con una sfa d solvatación pmannt.

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