ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES

Transcripción

1 ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES

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4 ESTADO GASEOSO: F atrac.e/molec. <<< E cinética prom. ESTADO LIQUIDO: F atrac.e/molec. E cinética prom. ESTADO SOLIDO: F atrac.e/molec. >>> E cinética prom. Se pasa de un estado a otro cambiando la E cinética prom. (o sea, calentando o enfriando)

5 Cambios de Fases

6 Proceso Fusión, Vaporización y Sublimación: ABSORBE ENERGÍA (Endotérmico) Proceso Condensación, Solidificación y Deposición: LIBERA ENERGÍA (Exotérmico)

7 CUARTO ESTADO DE LA MATERIA: PLASMA Plasma: gas ionizado en el que los átomos se encuentran disociados en iones positivos y electrones con libre movimiento.

8 Sólido Líquido Gas Plasma Tierra Agua Aire Fuego

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11 Diagrama de fase típico de una sustancia (P=cte)

12 El punto de fusión (T f ) es la temp. a la cual un sólido pasa al estado líquido. El punto de solidificación (T s ) es la temp. a la cual un líquido pasa al estado sólido. T f = T s (T1 en el gráfico) Prop. Sólido Prop. Líquido El punto de ebullición (T e ) es la temp. a la cual un líquido pasa al estado gaseoso o ebulle (la presión de vapor del líq. se iguala a la presión del medio que lo rodea). El punto de condensación (T c ) es la temp. a la cual un gas pasa al estado líquido. T e = T c (T2 en el gráfico) Prop. Líquido Prop. Gas

13 PUNTOS DE FUSION Y DE EBULLICIÓN DE ALGUNAS SUSTANCIAS (ºC) SUSTANCIA PUNTO DE FUSIÓN Nitrógeno Oxígeno Butano ,5 Propano Agua Alcohol -114,4 87,4 Mercurio -38,9 357 Glicerina Aluminio Cobre Hierro Oro PUNTO DE EBULLICIÓN

14 El calor latente o de cambio de estado es la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase: de sólido a líquido calor de fusión (absorbe energía) de líquido a gaseoso calor de vaporización (absorbe energía) Al pasar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía.

15 Diagrama de fase típico de una sustancia

16 La mayoría de las sustancias puras se contrae al congelarse y el sólido tiene mayor densidad que el líquido. El agua se expande al congelarse, por ello tiene menor densidad y el hielo flota sobre el agua.

17 Punto fusión: P = 1 atm T = 273,15ºK (0 C) Punto triple: P = 0,006 atm T = 273,16ºK (0,01 C) Punto ebullición: P = 1 atm T = 373,15ºK (100 C) Punto Crítico: P = 218 atm T = 647,3ºK (374,15 C)

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19 Gases Constituidos por moléculas individuales muy separadas entre sí y en movimiento constante. Ej. de gases (a 1atm y 25ºC): Moleculares: H2, O2, N2, F2, Cl2 Nobles: He, Ne, Ar, Kr Compuestos: CO, CO2, NO2, NH3, H2S, SO2, HCl, HCN

20 Los GASES: No tienen forma ni volumen definido Las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas Las partículas se mueven de forma desordenada chocando entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene Forman mezclas homogéneas en todas las proporciones Ocupan todo el espacio disponible Son muy compresibles y expandibles

21 Propiedades fácilmente medibles Volumen (V) Presión (P) Temperatura (T) Ley de Boyle Para una cierta cantidad de gas a temperatura constante, su presión es inversamente proporcional al volumen que ocupa. P 1/V

22 Ley de Charles A una presión dada, el volumen ocupado por una cierta cantidad de un gas es directamente proporcional a su temperatura. V T

23 Thomson: Escala de temperatura absoluta (ºK) T (ºK) = t ( C) + 273

24 Ley de Gay-Lussac Para una cierta cantidad de gas que se mantiene a volumen constante, la presión es directamente proporcional a su temperatura. P T

25 Ley de Boyle Para una cierta cantidad de gas a temperatura constante, su presión es inversamente proporcional al volumen que ocupa. P 1/V Ley de Charles A una presión dada, el volumen ocupado por una cierta cantidad de un gas es directamente proporcional a su temperatura. V T Ley de Gay-Lussac La presión de una cierta cantidad de gas, que se mantiene a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura. P T Ley de Avogadro A presión y temperatura constantes, el volumen de cualquier gas es directamente proporcional al número de moles del mismo. 1 mol de cualquier gas en CNPT ocupa 22,4 litros V n P.V n.t

26 Ecuación de los gases ideales R = Constante universal de los gases:

27 Teoría cinética de los gases Postulados: Los gases constan de partículas que se mueven continuamente al azar produciendo choques entre ellas y la pared del recipiente. Las colisiones moleculares son elásticas, es decir durante los choques no hay pérdida de energía. La energía cinética media de un gas es proporcional a la temperatura absoluta. (E cin =0 en 0ºK). Se considera que las partículas son puntuales (no ocupan volumen) y no existen fuerzas atractivas entre ellas.

28 Desviación del comportamiento ideal de los gases Se hace significativo: A medida que la presión aumenta A medida que la temperatura disminuye acercándose al punto de licuefacción (donde el gas se convierte en líquido)

29 Gases reales Correcciones al Volumen y a la Presión ideales: Presión corregida Volumen corregido (P + an 2 /V 2 ) (V nb ) = nrt Ecuación de van der Waals Corrección para la presión considerando la atracción intermolecular Corrección para el volumen finito de las moléculas (las constantes a y b son distintas para cada gas)

30 A presiones bajas (<10 atm) desviación pequeña se puede usar ec. Gas Ideal

31 Por ejemplo: para 1 mol de CO 2 en CNPT (P=1atm y T=0ºC)

32 LIQUIDOS

33 LIQUIDOS Tienen volumen definido (independiente del recipiente) Poco compresibles (poco espacio libre entre moléculas) No tienen forma fija (adoptan la forma del recipiente) Las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad (fluyen)

34 Si las fuerzas de atracción entre moléculas del líquido son débiles Líquido volátil (se evapora fácilmente). Volatilidad: Alcohol > agua > aceite Nunca se produce un equilibrio ya que el líquido se evapora hasta sequedad. Las sustancias con presión de vapor elevada se evaporan más rápido. Las que tienen presión de vapor baja se evaporan lentamente. La velocidad de evaporación aumenta con la temperatura. Un líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la presión que tiene sobre su superficie (el vapor hace burbujas en el interior del líquido).

35 Velocidad evaporación = Velocidad condensación EQUILIBRIO DINAMICO

36 Presión de vapor: es la presión a la que a cada temperatura la fase líquida y vapor se encuentran en equilibrio dinámico. Cada líquido tiene su Pv y depende de la temperatura

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38 Cohesión: fuerza de atracción entre moléculas iguales Adhesión: fuerza de atracción entre moléculas diferentes. Agua/Vidrio Predomina Adhesión Mercurio/Vidrio Predomina Cohesión Menisco cóncavo Fadh > Fcoh Menisco convexo Fcoh > Fadh Adhesión Fadh > Fcoh Cohesión Fcoh > Fadh

39 c = 0 Mojado total c < 90 Moja mucho c > 90 Moja poco c = 180 No moja

40 c = 0 0 < c < 180 c = 180 Mojado total Mojado parcial No hay mojado Poca atracción Mucha atracción e/ partic. del liq. e/ partic. del liq. y mucha atracción y poca atracción por partic. del sólido por partic. del sólido Ejemplo: Agua sobre superficie hidrofílica: c < 90 Agua sobre superficie hidrofóbica c > 90

41 Capilaridad: facilidad que tienen los líquidos para subir por tubos de diámetros pequeñísimos (capilares) donde la fuerza de cohesión es superada por la fuerza de adhesión.

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43 Viscosidad: es la resistencia de un líquido a fluir. Un líquido es más viscoso cuanto menor es su fluidez. La viscosidad se relaciona tanto con las fuerzas intermoleculares de atracción como con el tamaño y la forma de las partículas (rozamiento entre partículas que limitan su movilidad). Muy viscoso (fluye lentamente) Poco viscoso (fluye fácilmente)

44 En la mayoría de los líquidos la viscosidad decrece al aumentar la temperatura. Variación de la viscosidad de un asfalto con la temperatura. Fluidez de diversos lubricantes luego de ser sometidos una noche a -35ºC.

45 Tensión superficial: fuerza que se manifiesta en la superficie de un líquido, por medio de la cual la capa exterior del líquido tiende a contener el volumen de éste dentro de una mínima superficie. Energía requerida para aumentar el área superficial de un líquido en una unidad de área.

46 Así como hay un trabajo de cambio de volumen dw = P dv también hay un trabajo de cambio de superficie dw = - da F dx = da F dx = 2 L dx (la película tiene 2 superficies) F = 2 L (fuerza que se opone al aumento del área del líquido) = Tensión superficial (erg/cm 2 ) Alcohol 22,3 Agua 72,8 Mercurio 465 La tensión superficial de un líquido se refiere generalmente a la de la interfase del líquido con su vapor.

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48 Gracias por la atención