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fuerza del dipolo sino también del carácter polarizable de la molécula, o sea de lafacilidad de distorsionarse la distribu...
Estado sólidoLos sólidos se dividen en 2 categorías: cristalinos y amorfos.Los sólidos cristalinos poseen un ordenamiento ...
maleables o sea que se puedan hacer láminas y cables bien finos sin que se rompa laestructura del metal.Sólidos amorfos.Si...
Como las moléculas en la fase sólida están unidas con más fuerza que en la fase líquida, senecesita calor para producir la...
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  1. 1. ESTADOS DE LA MATERIALa teoría cinética molecular se utiliza para explicar el comportamiento de sólidos,líquidos y gases en función del movimiento constante y aleatorio de sus moléculas. Ladistancia entre las moléculas gaseosas son tan grandes (comparadas con su tamaño) quea las temperaturas y presión ordinarias no hay interacción entre ellas. Debido a que enlos gases hay mucho espacio vacío, los gases se comprimen con facilidad. Las fuerzasdébiles que operan entre los gases le permiten llenar el volumen del recipiente que locontiene.Los líquidos , en cambio, tienen las moléculas más juntas, hay poco espacio vacío entreellas y por ello son más difíciles de comprimir y son más densos que los gases. En loslíquidos como existen fuerzas de atracción tienen un volumen definido, sin embargocomo tienen libertad de moverse, el líquido puede fluir, derramarse y adaptarse a laforma del recipiente.En un sólido, las moléculas ocupan una posición rígida y prácticamente no tienenlibertad para moverse. En un sólido hay menos espacio entre las moléculas por eso noson compresibles y tienen forma y volumen definidos. Con algunas excepciones (comola del agua) la densidad de la forma sólida es mayor que la del líquido para unasustancia dada.Fuerzas intermolecularesLas fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre las moléculas. Estas fuerzassuelen ser más débiles que las intramoleculares y son las responsables delcomportamiento de los líquidos y sólidos fundamentalmente.En general, los puntos de ebullición de las sustancias reflejan la magnitud de las fuerzasintermoleculares, ya que se debe suministrar suficiente energía para vencer las fuerzasde atracción entre las moléculas para que entren a la fase vapor.El mismo principio se aplica para el punto de fusión de las sustancias. En general lospuntos de fusión de la sustancia aumentan con la intensidad de las fuerzasintermoleculares.Fuerzas dipolo-dipolo: Son las fuerzas de atracción entre moléculas polares, es decir,entre moléculas que poseen momentos bipolares. Son parte de lo que se llaman fuerzasde van der Waals. Su origen es electrostático y a mayor momento bipolar, mayor serála fuerza.Fuerzas ion-dipolo: Se producen entre un ion (ya sea catión o anión) y una moléculapolar. La intensidad depende de la carga y tamaño del ión, así como del momentobipolar de la molécula. La hidratación, es un ejemplo de interacción ión-dipolo en elcual cada ión está rodeado por varias moléculas de agua.Fuerzas de dispersión: Son las fuerzas que se producen entre moléculas no polarescuando se le acerca un ión o molécula polar. La proximidad de iones o moléculaspolares distorsionan la distribución electrónica generando un dipolo inducido. Laprobabilidad de generar un dipolo inducido depende no solo de la carga del ióno de la
  2. 2. fuerza del dipolo sino también del carácter polarizable de la molécula, o sea de lafacilidad de distorsionarse la distribución electrónica.El carácter polarizable de los gases con átomos o moléculas no polares es lo que permitecondensarse. La distorsión de la nube electrónica genera dipolos instantáneos que duransolo una fracción de segundo. A temperaturas bajas las fuerzas de dispersión son losuficientemente fuertes para mantener las partículas del gas juntas y hacer que secondense. Estas fuerzas de dispersión aumentan con la masa molar, ya que los átomosmás grandes tienen más electrones y es más fácil alterar su distribución electrónica.Se le llaman fuerzas de dispersión de London.Puentes de Hidrógeno: Es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo entre el átomode hidrógeno de un enlace polar, como el H-N; H-O ó H-F y un átomo electronegativode N, O ó F.Estos puentes de hidrógeno tienen un fuerte efecto en la estructura y propiedades demuchos compuestos.Estas fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción. Sin embargo, entre lasmoléculas hay fuerzas de repulsión. La magnitud de estas fuerzas de repulsión aumentamuy rápido a medida que disminuye la distancia que separa las moléculas. Por ello, loslíquidos y sólidos son muy difíciles de comprimir. En estas fases las moléculas estánjuntas y se resisten a que se las comprima más.Propiedades de los líquidosLas fuerzas intermoleculares determinan varias de las características estructurales ypropiedades de los líquidos.Tensión superficial: Las moléculas que se encuentran en un líquido son atraídas entodas direcciones por las fuerzas intermoleculares. Sin embargo, las moléculas de lasuperficie son atraídas hacia abajo y hacia los lados pero no hacia arriba, lo queocasiona que la superficie se tense como si fuera una película elástica. La tensiónsuperficial es la medida de la fuerza elástica que existe en la superficie de un líquido.Cuando las fuerzas intermoleculares son grandes también las tensiones superficiales sonaltas.La acción capilar es un ejemplo de tensión superficial. La capilaridad es el resultado dedos tipos distintos de fuerzas. Una es la cohesión o atracción intermolecular entremoléculas semejantes, la otra fuerza es la adhesión, que es la atracción entre moléculasdiferentes como las del agua y el vidrio. Si la adhesión es más fuerte que la cohesión, elcontenido será impulsado hacia arriba. Este proceso continúa hasta que la fuerzaadhesiva se contrarresta con el peso del agua en el tubo.Viscosidad: Es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir. Cuanto más viscosoes un líquido, más lento es su flujo. La viscosidad disminuye con el aumento de latemperatura. Los líquidos con fuerzas intermoleculares fuertes son más viscosos que losque tienen fuerzas intermoleculares débiles.
  3. 3. Estado sólidoLos sólidos se dividen en 2 categorías: cristalinos y amorfos.Los sólidos cristalinos poseen un ordenamiento regular, sus átomos, moléculas o ionesocupan posiciones específicas. Debido a esto las fuerzas intermoleculares son máximas.Las fuerzas que mantienen la estabilidad de un cristal pueden ser iónicas, covalentes, devan der Waals, de puentes de Hidrógeno o una combinación de ellas.Un sólido amorfo, carece de un ordenamiento bien definido y de un orden molecularrepetido.Los tipos de fuerzas que mantienen unidas las partículas determinan el tipo de cristal,que puede ser: iónico, covalente, molecular o metálico.Cristales Iónicos: Están formados por especies cargadas, iones positivos y negativosunidos por fuerzas del tipo electrostático.En general tienen puntos de fusión y ebullición elevados, debido a que las fuerzas decohesión son fuertes. Estos sólidos no conducen la electricidad debido a que los ionesestán en posiciones fijas y no permiten el movimiento de electrones. Sin embargofundidos o en solución los iones se mueven y el líquido conduce la electricidad. Sondensos, quebradizos. Se forman generalmente entre un metal y un no metal.Cristales Covalentes: Los átomos de los cristales covalentes se mantienen unidos porenlaces covalentes. Por ello son duros, con puntos de fusión altos, malos conductores dela electricidad y el calor, a excepción del carbono grafito que debido a su estructuralaminar permite el movimiento de electrones y por eso es buen conductor de laelectricidad. Los alótropos del carbono, diamante y grafito son los ejemplos másconocidos. El cuarzo, SiO2, es otro tipo de cristal covalente.Cristales Moleculares: En un cristal molecular, las moléculas se mantienen unidas porfuerzas de Var der Waals y de puentes de hidrógeno. El SO2 sólido es un ejemplo decristal molecular donde la fuerza predominante es dipolo-dipolo. Los puentes dehidrógeno mantienen la red tridimensional en el hielo (agua sólida).Debido a que las fuerzas de Van der Waals y los puentes de hidrógeno son más débilesque los enlaces iónicos y covalentes los cristales moleculares son más quebradizos ycon bajos puntos de fusión, son malos conductores de la electricidad y del calor. Sonejemplos de este tipo de sólidos CO2, I2, C12H22O11 (sacarosa).Cristales Metálicos: Los metales presentan una estructura simple porque cada punto dela red cristalina está ocupado por átomos iguales, del mismo metal y presentanempaquetamiento compacto por ello los elementos metálicos suelen ser muy densos.Los enlaces en los metales son diferentes a los otros tipos de cristales. En un metal, loselectrones están deslocalizados en todo el cristal. Se puede imaginar el metal como unadistribución de iones positivos en medio de una nube electrónica. La gran fuerza decohesión le confiere gran resistencia al metal. La movilidad de los electrones hace quelos metales sean buenos conductores de calor y electricidad. También debido a lamovilidad de los electrones entre las capas de iones positivos hace que sean dúctiles y
  4. 4. maleables o sea que se puedan hacer láminas y cables bien finos sin que se rompa laestructura del metal.Sólidos amorfos.Si un sólido se forma con rapidez, sus átomos o moléculas no tienen tiempo de alinearsey quedan fijos en posiciones distintas a las de un cristal ordenado. El sólido así formadose llama amorfo.Los sólidos amorfos carecen de una distribución tridimensional regular de átomos.El vidrio por ejemplo es un producto de fusión de materiales inorgánicos óptimamentetransparente que se ha enfriado a un estado rígido sin cristalizar. En algunos aspectos el vidrio secomporta más como un líquido que como sólido.Actualmente existen alrededor de 800 tipos diferentes de vidrios de uso común. El color delvidrio por ejemplo se debe a la presencia de metales de transición, se usan materiales diferentespara darle características distintas sobre una base común de arena, soda solvay y óxidos.Cambios de faseLos cambios de fase, o las transformaciones de una fase en otra se presentan cuando se agrega ose quita energía (casi siempre en forma de calor). Son cambios físicos que se distinguen porquecambia el orden molecular.Equilibrio líquido-vapor:Las moléculas del líquido no están fijas en un retículo rígido, sino que están en continuomovimiento. Cuando las moléculas del líquido tienen suficiente energía para escapar de lasuperficie, sucede un cambio de fase. La vaporización es el proceso en el cual el líquido setransforma en gas. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la energía cinética y por lo tantomás moléculas dejan la fase líquida.Presión de vapor:Cuando un líquido se evapora, sus moléculas gaseosas ejercen una presión de vapor sobre lasuperficie. La presión de vapor es medible solo cuando hay suficiente cantidad de vapor, perocuando aumenta la concentración de vapor se produce la condensación de algunas moléculas queregresan a la fase líquida, eso ocurre cuando una molécula choca contra la superficie y quedaatrapada por las fuerzas intermoleculares del líquido. Se llega en este momento a un equilibrioentre el líquido y el vapor.La presión de vapor es la presión del vapor medido cuando hay un equilibrio dinámico entre lacondensación y la evaporación. Esta presión de vapor depende de la temperatura, a mayortemperatura mayor presión de vapor.El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a lapresión externa. El Punto de ebullición normal de un líquido es la temperatura a la cual hiervecuando la presión externa es de 1 atm.Equilibrio líquido-sólido:La transformación de un líquido en sólido se conoce como congelación; el proceso inverso sedenomina fusión. El punto de fusión de un sólido o el punto de congelación de un líquido es latemperatura a la cual las fases sólida y líquida coexisten en equilibrio.
  5. 5. Como las moléculas en la fase sólida están unidas con más fuerza que en la fase líquida, senecesita calor para producir la transición de fase sólido-líquido.Como es de esperar el enfriamiento tiene el efecto contrario al calentamiento. Si se elimina calorde una muestra de gas, su temperatura disminuye. A medida que se forma el líquido, se liberacalor porque su energía disminuye, por eso durante la condensación la temperatura permaneceUn líquido se puede enfriar por debajo de su punto de congelación, en un proceso llamadoconstante. Al continuar el enfriamiento se produce la congelación.sobreenfriamiento y sepresenta cuando el líquido se enfría rápidamente y las moléculas no tienen tiempo de acomodarsea la estructura ordenada de un sólido. Un líquido sobreenfriado es inestable, la agitación leve o laadición de una pequeña “semilla” de un cristal hará que se solidifique con rapidez.Equilibrio sólido-vapor:El proceso en el cual las moléculas pasan directamente del sólido a vapor se conoce comosublimación. El proceso inverso se llama deposición, o sea que pasan directamente de vapor asólido.Por ejemplo la naftalina y el yodo sólido subliman a temperatura ambiente.Diagramas de faseUn diagrama de fase resume las condiciones en las cuales una sustancia existe como sólido,líquido o gas.AguaEn la figura se representa el diagrama de fases para el agua. La gráfica se divide en tres regionesy cada una de ellas representa una fase pura. La línea que separa cada zona indica lascondiciones de presión y temperatura para las cuales las dos fases coexisten en equilibrio. Elpunto en el que se unen las tres curvas se denomina punto triple y corresponde a la únicacondición en la que las tres fases pueden estar en equilibrio. Para el agua ese punto está en0,01ºC y 0,006 atm. Los diagramas de fases permiten predecir los cambios en el punto deebullición y en el punto de fusión de una sustancia debido a los cambios de la presión externa.Dióxido de carbonoEl diagrama de fases para el dióxido de carbono tiene mucha semejanza con el del agua, con unaexcepción importante: la pendiente de la curva entre las fases sólida y líquida es positiva. El aguase comporta diferente porque el hielo es menos denso que el agua líquida. El punto triple para eldióxido de carbono está en -57ºC y 5,2 atm.Como se ve , toda la fase líquida está muy por arriba de la presión atmosférica, por consiguientees imposible que el dióxido de carbono sólido se funda a la presión de 1 atm. Por ello, cuando elCO2 sólido se calienta por encima de -78ºC sublima. Es lo que se conoce como hielo seco porqueparece hielo y no se funde y por esta propiedad se utiliza como refrigerante.

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