Líquidos y cambios de fase
Anuncio
Capítulo 10. Líquidos y cambios de fase 1.- Propiedades de líquidos 1.1.- Tensión superficial 1.2.- Viscosidad 2.- Equilibrios físicos y cambios de fase 2.1.- Equilibrio líquido-vapor 2.2.- Calor de vaporización y punto de ebullición 2.3.- Equilibrio líquido-sólido 2.4.- Equilibrio sólido-vapor 3.- Estructura y propiedades del agua 4.- Diagramas de fase 4.1.- Diagrama de fase: ejmeplo general 4.2.- Diagrama de fase del agua 4.3.- Diagrama de fase del dióxido de carbono 5.- Cristales líquidos Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 1.- Propiedades de los líquidos 1.1.- Tensión superficial -En el interior, fuerzas intermoleculares que la atraen en todas las direcciones -En la superficie, las moléculas experimentan una fuerza neta hacia adentro del líquido La fuerza sobre las moléculas de la superficie hacia el interior del líquido 1) reducen el área superficial 2) forman una “piel” en la superficie del líquido Tensión superficial Energía requerida para aumentar el área superficial de un líquido en una unidad de área Ejemplos H2O, 7,29.10-2J/m2 Hg, 4,9.10-1J/m2 Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 AdhesiónyyCohesión Cohesión Adhesión Fuerzas de cohesión Fuerzas intermoleculares que unen moléculas iguales Fuerzas de adhesión Fuerzas intermoleculares que unen las moléculas de una sustancia a una superficie Acción capilar Agua Mercurio Menisco Agua Adhesión>Cohesión Adhesión<Cohesión Mercurio Capilar de vidrio Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 1.2.- Viscosidad Viscosidad Resistencia de un líquido a fluir Cuanto mayores son las fuerzas de atracción entre las moléculas más viscoso es un líquido, ya que es más difícil que las moléculas se muevan unas respecto a otras Glicerol Líquido Viscosidad (N s/m2) Acetona 3,16x10-4 Benceno 6,25x10-4 Sangre 4x10-3 Tetracloruro de carbono 9,69x10-4 Etanol 1,20x10-3 Éter dietílico 2,33x10-4 Glicerol 1,49 Mercurio 1,55x10-3 Agua 1,01x10-3 Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.- Equilibrios químicos y cambios de fase Fase es una parte homogénea de un sistema que está en contacto con otras partes del mismo, pero separada de ellas por una frontera bien definida. Cambio de fase es la transformación de una fase a otra Cambios físicos no cambia la naturaleza de la sustancia, cambia el orden molecular Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.1.- Equilibrio líquido-vapor Evaporación o vaporización es el proceso en el cual un líquido se transforma en gas La evaporación se produce cuando las moléculas del líquido tienen la suficiente energía para romper las fuerzas intermoleculares que la unen al líquido La energía cinética de las moléculas depende de su temperatura, cuanto mayor sea su temperatura mayor es la energía cinética y más fácilmente se producirá la evaporación Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Presiónde devapor vapor Presión Condensación es el cambio de fase gaseosa a fase líquida Equilibrio dinámico cuando la velocidad de un proceso es igual a la velocidad del proceso inverso La velocidad de evaporación es constante para una temperatura dada y la velocidad de condensación aumenta al aumentar la concentración de moléculas en la fase vapor hasta que se alcanza el equilibrio dinámico Presión de vapor de equilibrio es la presión de vapor medida cuando hay un equilibrio dinámico entra la condensación y la evaporación Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Aumento de la presión de vapor con la temperatura para éter dietílico, agua y mercurio Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.2.- Calor de vaporización y punto de ebullición Calormolar molarde devaporización vaporización(∆H (∆Hvap)) Calor vap Calor molar de vaporización es la energía necesaria para evaporar un mol de un líquido Si las fuerzas intermoleculares en el líquido son fuertes el calor molar de vaporización será elevado y la presión de vapor baja Ecuación de Clausius-Clapeyron Relaciona la temperatura absoluta y la presión de vapor de un líquido ∆Hvap ln P = − +c RT Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Puntode deebullición ebullición Punto Punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa Punto de ebullición normal es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa cuando esta presión es 1 atm Punto de ebullición normal ºC ∆Hvap kJ/mol Argón -186 6,3 Benceno 80,1 31,0 Etanol 78,3 39,3 Éter dietílico 34,6 26,0 Mercurio 357 59,0 Metano -164 9,2 Agua 100 40,49 Sustancia Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Temperaturayypresión presióncríticas críticas Temperatura Condensación es el cambio de fase gaseosa a fase líquida que se puede producir de dos formas: 1) Si T¾ Ec ¾, se agregan las moléculas y forman pequeñas gotas de líquido 2) Si P ½ la distancia promedio entre las moléculas ¾ y se forman gotas de líquido Temperatura crítica (Tc) es la temperatura más alta a la cual una sustancia puede existir como líquido A temperaturas superiores a la temperatura crítica la fase gaseosa no se puede licuar aumentando la presión independientemente de la presión que se aplique. Presión crítica (Pc) es la mínima presión que se debe aplicar par llevar a cabo la licuefacción a la temperatura crítica Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Hexafluoruro de azufre, Tc=45,5ºC T<Tc T>Tc T~Tc T<Tc T<Tc, Líquido, las fuerzas intermoleculares son suficientes para mantener unidas las moléculas T>Tc, Gas, la energía cinética de las moléculas es suficiente para que estas se liberen de las fuerzas intermoleculares T inferior próxima a Tc, Condensación del vapor T<Tc, Líquido Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.3.- Equilibrio líquido-sólido Fusión SÓLIDO LÍQUIDO Punto de fusión o punto de congelación es la temperatura a la cual la fase líquida y la fase sólida coexisten en el equilibrio Congelación OBA, sólido A, el sólido comienza a fundir ABB, fusión BBC, líquido C, el líquido comienza a ebullir CBD, ebullición DBE, vapor Temperatura E O Calor agregado Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Calormolar molarde defusión fusión Calor Calor molar de fusión es la energía necesaria para fundir un mol de un sólido Punto de ebullición normal ºC ∆Hvap kJ/mol Punto de fusión normal ºC ∆Hfus kJ/mol Argón -186 6,3 -190 1,3 Benceno 80,1 31,0 5,5 10,9 Etanol 78,3 39,3 -117,3 7,61 Éter dietílico 34,6 26,0 -116,2 6,90 Mercurio 357 59,0 -39 23,4 Metano -164 9,2 -183 -0,84 Agua 100 40,49 0 6,01 Sustancia ∆Hvap > ∆Hfus La diferencia de empaquetamiento de las moléculas es mayor entre líquido y vapor que entre líquido y sólido Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 Sobreenfriamiento Sobreenfriamiento Un líquido se puede enfriar por debajo de su punto de congelación El sobreenfriamiento se produce cuando el calor del líquido se elimina tan rápido que las moléculas del líquido no tienen tiempo de acomodarse en la posición que deben ocupar en el sólido Un líquido sobreenfriado es un sistema inestable, cualquier agitación o un cristal a modo de siembra de la misma sustancia producirá la solidificación Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 2.4.- Equilibrio sólido-vapor Sublimación SÓLIDO VAPOR Deposición Punto de sublimación o punto de deposición es la temperatura a la cual la fase vapor y la fase sólida coexisten en el equilibrio Calor molar de sublimación Energía necesaria para sublimar un mol de un sólido y es igual a la suma del calor molar de vaporización y el calor molar de fusión (Ley de Hess) ∆Hsub =∆Hvap + ∆Hfus Yodo en equilibrio con su vapor Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 3.- Estructura y propiedades del agua Lasespeciales especialespropiedades propiedadesdel delagua agua Las 1) Magnífico disolvente -Compuestos iónicos -Otras sustancias con las que puede formar enlaces de hidrógeno 2) Calor específico elevado Con poco aumento de temperatura, absorbe gran cantidad de calor 3) Densidad El hielo es menos denso que el agua y la máxima densidad del agua se presenta a 4ºC Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.- Diagramas de fase 4.1.- Diagrama de fase: ejemplo general ¿Qué es? La forma gráfica de reunir las condiciones en las que existen equilibrios entre los diferentes estados de la materia Presión ¿Para qué sirve? Para predecir la fase de una sustancia que es estable a una temperatura y presión dadas Temperatura Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.2.- Diagrama de fase del agua 1) El punto de fusión disminuye al aumentar la presión debido a que la densidad del líquido es mayor que la del sólido 2) Punto triple 0,0098ºC y 4,58 mmHg 3) Punto normal de ebullición 100ºC 4) Punto normal de fusión 0ºC Efecto de la presión en la temperatura de ebullición P Te P Te Efecto de presión en la temperatura de fusión P Tf P Tf Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 4.3.- Diagrama de fase del dióxido de carbono 1) El punto de fusión aumenta al aumentar la presión debido a que la densidad del líquido es menor que la del sólido 2) Punto triple -57ºC y 5,2atm 3) La fase líquida del CO2 sólo se presenta a presiones muy superiores a 1 atm, así que no presenta punto de ebullición normal, sólo punto de sublimación normal a -78ºC El CO2 se conoce como hielo seco, porque aunque parece hielo no funde, sublima Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005 5.- Cristales líquidos Química 1º ITA/rmt/Curso2004-2005
