Fuerzas intermolecularesSólidos y Líquidos

Propiedades físicas

TEORIA CINETICO MOLECULAREsta teoría describe el comportamiento y las

propiedades de la materia en base a cuatro postulados:

1. La materia está constituida por partículas que pueden ser átomos ó moléculas cuyo tamaño y forma característicos permanecen en estado sólido, líquido ó gas.

2. Estas partículas están en continuo movimiento aleatorio. En los sólidos y líquidos los movimientos están limitados por las fuerzas cohesivas, las cuales hay que vencer para fundir un sólido ó evaporar un líquido.

3. La energía depende de la temperatura. A mayor temperatura más movimiento y mayor energía cinética.

4. Las colisiones entre partículas son elásticas. En una colisión la energía cinética de una partícula se transfiere a otra sin pérdidas de la energía global.

La teoria cinetico molecular nos describe el comportamiento y las propiedades de los gases de manera teórica. Se basa en las siguientes generalizaciones.

Todos los gases tienen átomos ó moléculas en continuo movimiento rápido, rectilíneo y aleatorio.

Los átomos ó moléculas de los gases están muy separados entre sí, y no ejercen fuerzas sobre otros átomos ó moléculas salvo en las colisiones. Las colisiones entre ellos o con las paredes son igualmente elásticas.

Los gases que cumplen estas condiciones se denominan ideales. En realidad estos gases no existen, pero los gases reales presentan un comportamiento similar a los ideales en condiciones de baja presión alta temperatura. En general los gases son fácilmente compresibles y se pueden licuar por enfriamiento ó compresión.Las propiedades y cantidades de los gases se explicar en términos de presión, volumen, temperatura y número de moléculas, estos cuatro son los parámetros usados para definir la situación de un gas.

Teoría cinético molecular y estados de la materia

Comparación molecular entre gases, sólidos y líquidosComparación molecular entre gases, sólidos y líquidos

GASES-Desorden total-Partículas tienen completa libertad de movimiento.-Partículas tienden a estar alejadas entre si- Forma y volumen indeterminado.

LÍQUIDOS-Menor desorden-Partículas tienen movimiento relativo entre si-Partículas tienen mayor cohesión (juntas)- Forma del recipiente que los contiene

SÓLIDOS-Orden-Partículas fijas en una posición determinada. -Partículas unidas entre si- Forma y volumen determinado

Enfriar o comprimir

Calentar o reducir presión

Enfriar

Calentar

Fuerzas moleculares

Fuerzas intramoleculares

Fuerzas intermoleculares

- Mantienen juntos a los átomos en una molécula.- Estabilizan a las moléculas individuales

- Fuerzas de atracción entre las moléculas.- Principales responsables de las propiedades macroscópicas de la materia.

Fuerzas Intermoleculares

Fuerzas de atracción

entre las moléculas

Ejercen mayor influencia en los estados condensados de la materia (líquido y sólido)

Son más débiles que las fuerzas intramoleculares

Tipos de Fuerzas intermoleculares

Fuerzas de Van der Waals

Fuerzas ion-dipolo

Dipolo-dipolo

Dipolo-dipolo inducido

Fuerzas de dispersión de London

Existen en todos los tipos de moléculas

Aumentan al aumentar la masa molecular

Dependen de la forma de la molécula

Fuerzas Ion-dipolo

Ej. Hidratación, disolución acuosa NaCl

Fuerzas de atracción entre un ion y moléculas polares

Intensidad depende de: - carga y tamaño del ion- magnitud del momento dipolo- tamaño de la molécula.

Fuerzas Dipolo-dipolo

Fuerzas de atracción entre moléculas polares

A mayor momento dipolar, mayor es la fuerza

Sólidos, moléculas unidas en forma rígida

Líquidos, moléculas unidas en forma no tan rígida, pero tienden a alinearse.

Fuerzas dipolo-dipolo inducido

Ion o molécula polar se acerca a un átomo (o molécula no polar) la distribución electrónica se distorciona por la fuerza que ejerce el ion o la molécula polar, dando lugar a una clase de dipolo.

Molécula apolar

Fuerzas de dispersión, De London

Existen entre todas las especiesÚnicas Fuerzas de atracción entre las moléculas no polares.

Dipolo instantáneo:momento dipolar generado por posiciones específicas de los electrones, dura una pequeña fracción de segundo. Lleva a formación de dipolos temporales.

Fuerzas de atracción que se generan por los dipolos temporales inducidos en los átomos o moléculas

Directamente proporcional al grado de polarización del átomo o molécula

Son muy débiles Aumentan con la masa molar

Fuerzas de dispersión

Puentes de Hidrógeno

Interacción especial dipolo-dipolo

entre el átomo de Hátomo de H de un enlace polar

y un átomo electronegativo de O, N o FO, N o F.

Energía promedio de enlace, 40 kJ/mol, es demasiado grande para una interacción dipolo-dipolo.

Tienen un fuerte efecto en la estructura y propiedades de muchos compuestos.

A y B representan a O, N o F

LÍQUIDOS

Propiedades de los líquidos

Tensión superficial Viscosidad Estructura y propiedades del agua

El clip se mantiene sobre el agua ¿por qué? si la densidad del hierro es mayor

Propiedades de los líquidos

Tensión superficialTensión superficialLa energía necesaria para aumentar el área superficial de un líquido. La superficie de un líquido se comporta como una membrana o barrera Esto se debe a las desiguales fuerzas de atracción entre las moléculas y la superficie

Tensión superficial

Tambien , se considera como una medida de la fuerza elástica que existe en la superficie de un líquido.

Los líquidos que tienen fuerzas intermoleculares grandes también poseen tensiones superficiales altas.

Viscosidad Medida de la resistencia de los líquidos a fluir. Un líquido fluye cuando las moléculas resbalan unas sobre otras. La viscosidad será mayor cuando las fuerzas intermoleculares sean más

fuertes. Suele disminuir al aumentar la T°

Ej: influencia en la capacidad de formar puentes de hidrógeno.

La forma del menisco en la superficie de un líquido:» Si las fuerzas

adhesivas son mayores que las fuerzas de cohesión, la superficie del líquido es atraída hacia el centro del contenedor. Por ello, el menisco toma forma de U.

» Si las fuerzas de cohesión son mayores que las de adhesión, el menisco se curva hacia el exterior.

- Fuerzas de cohesión que unen las moléculas unas a otras.

- Fuerzas de adhesión que unen las moléculas a la superficie.

Propiedades de los líquidos

Capilaridad: Cuando un tubo de vidrio muy estrecho

(capilar) se introduce en un líquido, el nivel del menisco sube y a este efecto se le conoce como capilaridad.

Equilibrio líquido-vapor

Presión de Presión de vaporvapor

Moléculas en estado vaporMoléculas en estado vapor

Moléculas que pasan a vapor (se vaporizan)Moléculas que pasan a vapor (se vaporizan)

Moléculas que pasan al líquido (se condensanMoléculas que pasan al líquido (se condensan)

Estructura y propiedades del agua

Cada átomo de O forma 2 puentes de H

O

H

H

OH

H

OH

H

O

HH

OHH

OH

H

OH

H

OH

H

hielo agua

Densidad del agua líquida mayor que la del hielo

¿Por qué?

Predomina atrapamiento de agua

Predomina expansión térmica de agua

Vaporización de los líquidos.

EvaporaciónProceso por el cual las moléculas de la superficie del líquido se desprenden y pasan a la fase gaseosa.

Las moléculas deben tener energía cinética mínima

La velocidad de evaporación se incrementa al elevarse la temperatura.

Condensación Proceso inverso a la evaporación, las moléculas de vapor chocan con la superficie y son capturadas por ella.

Equilibrio dinámico

Veloc. Evap. = Veloc. Cond.

En sistema cerrado

Presión de vapor

Presión de vapor Presión parcial de las moléculas de vapor por encima de la superficie de un líquido

Siempre se elevan al aumentar la temperatura

A una presión dada, las presiones de vapor de distintos líquidos son diferentes.

Fuerzas de cohesión

Líquidos volátiles Se evaporan con facilidad Tienen Pv relativamente altas

Puntos de ebullición

Punto de ebullición

Ebullición

Distinto a la evaporación

Cuando se calienta un líquido comienzan a formarse burbujas de vapor debajo de su superficie, estas se elevan hasta la superficie y estallan liberando vapor al aire.

Es la temperatura a la cual la presión de vapor es exactamente igual a la presión aplicada

La presión que ejercen las moléculas que se escapan iguala a la ejercida por las moléculas de la atmósfera

Transferencia de calor en líquidos

Calor específico(J/g °C)

Capacidad calorífica Molar (J/mol °C)

Cantidad de calor que debe añadirse a una masa determinada del líquido para elevar su temperatura en 1°C.

Calor molar de vaporización

∆Hvap

Cantidad de calor que debe añadirse a un mol de líquido en el punto de ebullición para convertirlo a vapor sin cambio de temperatura.

Reflejan las fuerzas intermoleculares

Sólidos

Algunas propiedades…

Punto de fusión

Temperatura en la cual un sólido y un líquido existen en equilibrio

sólido líquidofusión

congelación

Veloc. Fusión = veloc. Cong.

Calor molar de fusión

∆Hfus

Cantidad de calor que debe añadirse a un mol de sólido en el punto de fusión para convertirlo en líquido sin cambio de temperatura.

Depende de las fuerzas intermoleculares

Sublimación y presión de vapor de sólidos

Sublimación de I2

Algunos sólidos se evaporan sin pasar por el estado líquido Subliman

Sólidos con presión de vapor altas

sólido gassublimación

deposición

Diagramas de Fase (P contra T)

Estructura Cristalina

Categorías de sólidos: Cristalinos

Poseen ordenamiento estricto y regular, sus átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas.

Amorfos Carecen de un

ordenamiento bien definido y de un orden molecular repetido

Sólidos cristalinos

Fuerzas netas de atracción intermolecular son máximas

pueden ser

•Iónicas•Covalentes•de van der waals•de enlaces de H •o una combinación de ellas.

•Sólidos Moleculares•Sólidos covalentes•Sólidos Iónicos•Sólidos Metálicos

Celda unitaria Unidad estructural repetida

Red Cristalina

Los 7 tipos de celdas unitarias

Empaquetamiento

Empaquetamiento

Sólidos cristalinos

Fuerzas netas de atracción intermolecular son máximas

pueden ser

•Iónicas•Covalentes•de van der waals•de enlaces de H •o una combinación de ellas.

•Sólidos Moleculares•Sólidos covalentes•Sólidos Iónicos•Sólidos Metálicos

Sólidos Moleculares

Posiciones en la red cristalina que describen a las celdas unitarias ocupadas por moléculas o elementos monoatómicos.

Enlaces CovalentesFuerzas de atracción entre moléculas es débil

-enlaces de H- dipolo-dipolo-fzas de London

•Sustancias suaves•Bajo pto de fusión•Malos conductores de la electricidad•Buenos aislantes

Ej: H2O, SO2, CH4

Sólidos Covalentes

Moléculas gigantes formadas por átomos con enlaces covalentes en una red cristalina, rígida y extensa.

Ej: Diamante, cuarzo.,

Enlaces covalentes fuertes de tipo rígido, en gral:- duros- funden a altas T°- malos conductores térmicos y eléctricos

Sólidos Iónicos

Los iones ocupan la celda unitaria

Ej: NaCl, MgO, CaS

•Malos conductores eléctricos y térmicos•Sales fundidas, excelentes conductoras (los iones pueden desplazarse con libertad)

Sólidos Metálicos

Los iones metálicos ocupan los sitios de las redes cristalinas y se encuentran dentro de una nube de electrones de valencia deslocalizados.

Prácticamente todos los metales cristalizan en:

-Cúbica centrada en el cuerpo- cúbica centrada en las caras-hexagonal

•Enlace metálico (atracción entre electrones y cationes)•Blandos a muy duros•Buenos conductores electricos y térmicos•Amplio rango de T° de fusión (-39 a 3400°C)

Ej: Li, K, Ca, etc.