+ H

Tema 6. Líquidos, sólidos y disoluciones
¿Cuáles son las diferencias entre sólido, líquido y gas?
Gases
Líquidos
Sólidos
Forma
Volumen
Capacidad de
movimiento
Las moléculas que constituyen una sustancia son las mismas independientemente de su
estado físico. ¿Dónde está la causa de este comportamiento diferente?
Fuerzas intermoleculares: fuerzas de atracción entre moléculas.
H2O(l) → H2O(g)
∆H = 41 kJ/mol
Fuerzas intramoleculares (enlaces químicos): mantienen los átomos unidos en una molécula.
H2O(l) → 2H(g) + O(g)
Fíjate, la sustancia con mayor punto de ebullición
tiene una energía de enlace mucho más baja.
¿estarán bien estos datos?
∆H = 930 kJ/mol
Eenlace(kcal/mol) P.E. (°C)
N2(g)
225
-196
CCl4(g)
80
77
Fuerza intermoleculares o fuerzas de Van der Waals
Interacciones dipolo-dipolo. Se establecen entre moléculas polares (µ→ ≠ 0). Etípica ≈ 2 – 4 kJ/mol
Metanol
CH3OH
Cloroformo
CHCl3
Interacciones ion-dipolo. Se establecen entre iones y moléculas polares. E≈ 15 kJ/mol
-
+
Sales iónicas acuosas: interacción entre los iones de un soluto y las moléculas de agua.
Interacciones de London o fuerzas de dispersión. Se establecen entre moléculas apolares (µ→ = 0).
Etípica ≈ 2 kJ/mol. Distribución electrónica asimétrica momentánea provoca dipolos temporales:
Cl→
µ=0
→
µ
instantáneo ≠ 0
→
→
µιnstantáneo ↔ µinducido
Octano
C8H18
Hexano
C6H14
agua
Hexano
C6H14
Polarizabilidad facilidad para la distribución asimétrica de la densidad electrónica.
¿Qué sustancia será más polarizables, el nitrógeno o el tetracloruro de carbono?
Xenón
Explica los valores del punto de fusión que aparecen en la tabla.
Disminución del punto
de ebullición
¿Por qué no siguen la secuencia de valores de los
hidruros de homólogos?
Enlace de hidrógeno: Interacción dipolo-dipolo entre el
átomo de hidrógeno en un enlace N-H, O-H, F-H, y un átomo
electronegativo (O, N, o F) con pares de e- solitarios en
moléculas vecinas. Etípica ≈ 20 kJ/mol.
δ+……. δB
H
enlace
químico
••
δA
N
H
enlace
hidrógeno
O
H δ+
N
H
H
δ-
H
δ+
H
δO
H
H
Metanol
agua
H
H
Indica las fuerzas de mayor intensidad es necesario vencer para: a) fundir hielo, b) sublimar iodo, c)
disociar flúor y d) hervir amoníaco. Escribe la ecuación química correspondiente a cada uno de los
procesos.
AGUA
Estructura de doble
hélice del ADN
Estructura 3D del hielo
Enlaces de hidrógeno
Estado líquido
Una misma cantidad de líquido puede “ser”
un vaso, una botella, una gota, etc.
Algunos líquidos presentan una gran resistencia
a que un cuerpo “rompa su superficie”.
Algunos líquidos “mojan” las superficies y otros no.
Los líquidos se comportan así debido al equilibrio entre las fuerzas intermoleculares (cohesión de las
partículas) y la energía cinética (libertad de movimiento) de las partículas que los constituyen.
Tensión superficial: Energía necesaria para modificar la superficie de un líquido por unidad de
superficie.
Fuerza intermoleculares altas ⇒ ? tensión superficial
¿Por qué las gotas
son esféricas?
Elige entre agua y pentano (C5H12).
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
Cambio de estado líquido ↔ gas: Evaporación o Ebullición
¿Qué pasa si abro el recipiente?
% de moléculas con velocidad v
Presión de vapor de los líquidos (P°v): Presión que ejerce un gas en equilibrio con su
líquido.
Los líquidos volátiles con fuerzas intermoleculares débiles poseen P°v altas.
A
Elige: H2O, CH3-O-CH3 , CH3-CH2OH
C
B
¿Por qué los charcos de lluvia se secan a temperatura ambiente? Si el
charco es de alcohol etílico ¿tardará más o menos en secar?
Calcular la pureza de una muestra de carburo cálcico, sabiendo que cuando se tratan 2,056 g de
carburo con agua se obtienen 656 cm3 de acetileno medidos sobre agua a 22 °C y 748 mmHg.
Pv0(H2O, 22°C)=19,8 mmHg.
Gas formado
en la reacción
CaC2 (s) + H2O(l) → C2H2(g) + CaO(s)
Estado sólido
Sólido cristalino posee sus partículas constituyentes
en una organización interna regularmente ordenada.
Sólido amorfo sus partículas constituyentes no
poseen una organización interna ordenada.
Sólido cristalino
Cuarzo (SiO2)
Sólido amorfo
Vidrio (SiO2)
Celda unidad o unitaria unidad mínima de volumen que contiene todas las
características del cristal. Su repetición tridimensional da lugar al sólido
macroscópico.
Siete tipos de Celda Unidad:
Tres tipos de celda cúbica
A) Moleculares
Tipos de sólidos
B) Macromoleculares: Covalentes o atómicos, Iónicos, Metálicos.
A) Moleculares. Constituidos por moléculas unidas por fuerzas
intermoleculares. Blandos, bajos puntos de fusión. Malos conductores
del calor y la electricidad.
Ej: H2O(s), I2(s), C6H12O6(s), S8(s), etc.
B) Macroleculares. Constituidos por partículas unidas por enlaces químicos.
S8
CH4(s)
Covalentes o atómicos. Constituidos por átomos unidos por enlace covalente. Duros, altos puntos de
fusión, malos conductores del calor y la electricidad.
C(s) diamante
C(s) grafito
Iónicos. Constituidos por iones unidos por enlace iónico. Duros, altos puntos de fusión, malos conductores
del calor y la electricidad.
Fluorita: CaF2
Blenda: ZnS
Metálicos. Constituidos por átomos unidos por enlace metálico. Buenos conductores del calor y la
electricidad.
Enlace metálico: Teoría de bandas electrónicas, extensión del modelo de OM deslocalizado.
Banda electrónica: conjunto de O.M. de energías muy
próximas que se deslocalizan en todo el metal.
Banda electrónica 2p vacía
Banda electrónica 2s semillena
Conducción eléctrica es consecuencia de presencia o posibilidad de bandas electrónicas
disponibles
Elige: conductor, semiconductor o aislante.
Cada rectángulo representa una banda electrónica.
Cambios de estado y diagramas de fase.
Punto de fusión: temperatura a la que existe equilibrio entre la fase
sólida y la líquida.
Punto de ebullición: temperatura a la que existe equilibrio entre
la fase líquida y la fase gas (P°v(líquido) =Pat). Se llama normal cuando
la P=1 atm.
Diagrama de fase: resumen gráfico de las condiciones de P y
T en las que una sustancia existe como sólido, líquido o gas.
Calor
¿Qué le pasa en estas condiciones?
Observa el diagrama de fases del carbono sólido, ¿puede sublimar el diamante por cambios de
presión? ¿puedes fundir grafito a presión atmosférica? ¿se puede transformar grafito en diamante a
presión atmosférica?
Disoluciones Mezcla homogénea de dos o más sustancias.
Soluto/s: sustancia/s presente/s en cantidad/es minoritaria/s
Disolvente: sustancia presente en cantidad mayoritaria
Mecanismo de la disolución:
• Interacciones disolvente-disolvente
• Interacciones soluto-soluto
• Interacciones disolvente-soluto
Electrólito fuerte
Electrólito débil
No electrólito
Sustancias con fuerzas intermoleculares similares serán
solubles entre sí. “Igual disuelve a igual”.
Solvatación
El µ(CH3CH2OH)=1,7 D y µ(CH3CH2Cl)=2,5 D, sin
embargo el etanol es mucho más soluble en
agua ¿por qué?
agua
metanol
agua +metanol
Propiedades coligativas de las disoluciones
¿Por qué le añades anticongelante al circuito del agua del coche?
¿Por qué los deportistas prefieren bebidas isotónicas? ¿Qué son?
Descenso de la presión de vapor:
La presión de vapor de una sustancia disminuye cuando
forma parte de una disolución.
Ley de Raoult
P1 = X1 P10
0
P 1 : presión de vapor de componente 1 de la Disol.
X1 : fracción molar del componente 1 en la Disol.
P(mmHg)
Las presiones de vapor del benceno y tolueno a 25°C son 75,1 y 28,4 mmHg,
respectivamente. Se prepara una disolución con el mismo número de moles
de ambos. ¿Cuál es la composición del vapor en equilibrio con esta
disolución?
60
40
20
Humedad Relativa (H.R.): relación porcentual entre la presión parcial del vapor de agua
presente en la mezcla gaseosa (Dalton) y la Pv° del agua líquida (Raoult).
La presión parcial del vapor de agua en la atmósfera a 25°C es 12,2 mmHg ¿Cúal es la HR?
¿Necesitas saber algo más?
Aumento del punto de ebullición
Descenso del punto de congelación
Ambos son consecuencia de la disminución de la presión de vapor.
∆Te = Ke m
∆Tc = Kc m
m: molalidad de la disolución.
Ke y Kc: cte ebulloscópica y crioscópica del disolvente.
NaCl(ac) para eliminar hielo en
carreteras Tf (hielo) ≈ -21°C.
Disolución de propilenglicol
(CH3CHOHCH2OH) caliente y
a presión para eliminar hielo.
Presión osmótica de las disoluciones:
Ósmosis proceso espontáneo de difusión de líquidos a
través de membranas semipermeables.
Presión osmótica (π) presión necesaria para detener
la ósmosis.
M: molaridad de la disolución
π = MRT
R: cte de los gases
T: temperatura absoluta
Ósmosis inversa. Proceso forzado
agua
salina
La disolución externa a la célula es
¿isotónica, hipotónica o hipertónica?