Las fuerzas intermoleculares y los líquidos y sólidos

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Las fuerzas intermoleculares y los líquidos y sólidos

  1. 1. Las fuerzas intermoleculares y los líquidos y sólidos Capítulo 11 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
  2. 2. Una fase es una parte homogénea de unsistema en contacto con otras partes del mismo,pero separado de ellas por un límite biendefinido. 2 fases Fase sólida: hielo Fase líquida: agua 11.1
  3. 3. Fuerzas intermolecularesFuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre las moléculas.Fuerzas intramoleculares mantienen juntos a los átomos en unamolécula. intermolecular contra intramolecular • 41 kJ para evaporar 1 mol de agua (inter) • 930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de agua (intra) “Medida” de fuerza intermolecular Por lo general, las fuerzas punto de ebullición intermoleculares punto de fundición son mucho más ∆Hvap débiles que las fuerzas ∆Hfus intramoleculares. ∆Hsub 11.2
  4. 4. Fuerzas intermolecularesFuerzas dipolo-dipolo Fuerzas de atracción entre moléculas polares Orientación de moléculas polares en un sólido 11.2
  5. 5. Fuerzas intermolecularesFuerzas ion-dipolo Fuerzas de atracción entre un ion y una molécula polar Interacción ion-dipolo 11.2
  6. 6. Fuerzas intermolecularesFuerzas de dispersión Fuerzas de atracción que se generan como resultado de los dipolos temporales inducidos en átomos o moléculas Dipolo inducido Catión Interacción ion-dipolo inducido Dipolo inducido Dipolo Interacción dipolo-dipolo inducido 11.2
  7. 7. Fuerzas intermolecularesFuerzas de dispersión continuaPolarización es la facilidad con que la distribución delelectrón en el átomo o molécula puede distorsionarse La polarización aumenta con: • mayor número de electrones • más difusa la nube del electrón Las fuerzas de dispersión normalmente aumentan con la masa molar 11.2
  8. 8. ¿Qué tipo de fuerzas intermoleculares existe entre cada una de las moléculas siguientes?HBr HBr es una molécula polar: fuerzas dipolo-dipolo. Hay también fuerzas de dispersión entre las moléculas HBr.CH4 CH4 es no polar: fuerzas de dispersión. S OSO2 O SO2 es una molécula polar: fuerzas dipolo-dipolo. Hay también fuerzas de dispersión entre las moléculas SO2. 11.2
  9. 9. Fuerzas intermolecularesEnlace de hidrógenoEl enlace de hidrógeno es una interacción especial dipolo-dipolo entre ellos y el átomo de hidrógeno en un enlace polarN-H, O-H, o F-H y un átomo electronegativo de O, N, o F. A H…B o A H…A A y B son N, O, o F 11.2
  10. 10. ¿Por qué el enlace de hidrógeno se considera una interacción “especial” dipolo-dipolo? Grupo 6A Masa molar decreciente Punto de ebullición decreciente Grupo 7APunto de ebullición Grupo 5A Grupo 4A Periodo 11.2
  11. 11. Propiedades de los líquidosTensión superficial es la cantidad de energía necesariapara estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidadde área Fuerza Altaintermolecular tensión grande superficial 11.3
  12. 12. Propiedades de los líquidosCohesión es una atracción intermolecular entre moléculassemejantesAdhesión es una atracción entre moléculas distintas Adhesión Cohesión 11.3
  13. 13. Propiedades de los líquidosViscosidad es una medida de la resistencia de los líquidos afluir Fuerza Alta intermolecular viscosidad 11.3 alta
  14. 14. El agua es una sustancia únicaEstructuratridimensionaldel hielo Máxima densidad 40C Densidad del aguaEl hielo es menos denso que el agua Densidad (g/mL) Temperatura 11.3
  15. 15. Un sólido cristalino posee un ordenamiento estricto y regular.En un sólido cristalino, los átomos, moléculas o iones ocupanposiciones específicas (predecibles).Un sólido amorfo no posee un ordenamiento bien definido niun orden molecular repetido.Una celda unitaria es la unidad estructural esencial repetidade un sólido cristalino. Punto En los puntos reticular reticulares: • Átomos • Moléculas • IonesCelda unitaria Celda unitaria en 3 dimensiones 11.4
  16. 16. Los siete tipos de celdas unitarias Cúbica simple Ortorrómbica Romboédrica Monoclínica Triclínica 11.4
  17. 17. Los tres tipos de celdas cúbicasCúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras 11.4
  18. 18. Distribución de esferas idénticas en una celda cúbica simple 11.4
  19. 19. Distribución de esferas idénticasen un cubo centrado en el cuerpo 11.4
  20. 20. Un átomo del vértice y unátomo centrado en las caras 8 celdas 2 celdas unitarias lo unitarias lo comparten comparten 11.4
  21. 21. Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras1 átomo/celda unitaria 2 átomos/celda unitaria 4 átomos/celda unitaria (8 x 1/8 = 1) (8 x 1/8 + 1 = 2) (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4) 11.4
  22. 22. Relación entre la longitud de la arista y el radio de los átomos de tres diferentes celdas unitarias 11.4
  23. 23. Cuando la plata cristaliza forma celdas cúbicas centradas en las caras. La longitud de la arista de la celda unitaria es de 409 pm. Calcule la densidad de la plata. m d= V = a3 = (409 pm)3 = 6.83 x 10-23 cm3 V4 átomos/celda unitaria en una celda cúbica centrada en las caras 107.9 g 1 mole Ag m = 4 Ag átomosx x = 7.17 x 10-22 g mole Ag 6.022 x 1023 átomos m 7.17 x 10-22 g d= = = 10.5 g/cm3 V 6.83 x 10-23 cm3 11.4
  24. 24. Dispositivo para obtener un patrón de difracción de rayos X de un cristal Pantalla Crital Haz de rayos X Placa fotográficaTubo de rayos X 11.5
  25. 25. Reflexión de rayos X por dos planos de átomos Rayos incidentes Rayos reflejados d sen d sen θDistancia adicional = BC + CD =2d senθ = nλ (Ecuación Bragg) 11.5
  26. 26. Un cristal difracta los rayos X de longitud igual a 0.154 nm con un ángulo de 14.170. Suponiendo que n = 1, ¿cuál es la distancia (en pm) entre las capas del cristal?nλ = 2d sen θ n=1 θ = 14.170 λ = 0.154 nm = 154 pm nλ 1 x 154 pm d= = = 77.0 pm 2senθ 2 x sen14.17 11.5
  27. 27. Tipos de cristalesCristales iónicos• Puntos reticulares ocupados por cationes y aniones• Se mantienen juntos por la atracción electrostática• Duro, quebradizo, punto de fusión alto• Mal conductor de calor y electricidad CsCl ZnS CaF2 11.6
  28. 28. Tipos de cristalesCristales covalentes• Puntos reticulares ocupados por átomos• Se mantienen juntos por enlace covalente• Duro, punto de fusión alto• Mal conductor de calor y electricidad átomos de carbono diamante grafito 11.6
  29. 29. Tipos de cristalesCristales moleculares• Puntos reticulares ocupados por moléculas• Se mantienen juntos por fuerzas intermoleculares• Suave, punto de fusión bajo• Mal conductor de calor y electricidad 11.6
  30. 30. Tipos de cristalesCristales metálicos• Puntos reticulares ocupados por átomos metálicos• Se mantienen juntos por enlaces metálicos• Blando a duro, punto de fusión bajo a alto• Buen conductor de calor y electricidad Sección transversal de un cristal metálico núcleos y e- internos del cascarón “mar” móvil de e- 11.6
  31. 31. Tipos de cristales 11.6
  32. 32. Un sólido amorfo no posee una distribución regular ni ordenmolecular de gran alcance.Un vidrio es un producto de fusión de materiales inorgánicosópticamente transparente que se ha enfriado a un estadorígido sin cristalizar. Cuarzo Vidrio de cuarzo cristalino (SiO2) no cristalino 11.7
  33. 33. Cambios de fase Orden menor Condensación Número de moléculas Evaporación E1 Temperatura Energía cinética E Líquido Número de moléculas Orden Sólido máximo T2 > T1 11.8
  34. 34. El presión de vapor de equilibrio es la presión de vapormedida cuando hay un equilibrio dinámico entre lacondensación y la evaporación. H2O (l) H2O (g) Equilibrio dinámico Velocidad de Equilibrio evaporación dinámicoVelocidad de Velocidad decondensación = evaporación establecido Velocidad Velocidad de condensación Tiempo 11.8
  35. 35. Aparatos para medirla presión de vapor de un líquido Vacío Espacio vacío Líquido LíquidoAntes de la Enevaporación equilibrio 11.8
  36. 36. Calor molar de vaporización (∆Hvap) es la energía requerida para evaporar 1 mol de un líquido. Ecuación Clausius-Clapeyron ∆Hvap P = (equilibrio) presión de vapor ln P = - +C RT T = temperatura (K) R = constante de gas (8.314 J/K•mol)Presión de vapor contra temperatura Éter dietílico Agua MercurioPresión de vapor (atm) Temperatura °C 11.8
  37. 37. El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presiónde vapor de un líquido es igual a la presión externa.El punto de ebullición normal es la temperatura a la cualun líquido hierve cuando la presión externa es 1 atm. 11.8
  38. 38. La temperatura crítica (Tc) es un temperatura sobre la cualel gas no se puede licuar, no importa la magnitud de lapresión aplicada.La presión crítica(Pc) es la mínimapresión que se debeaplicar para llevar acabo la licuefacción ala temperatura crítica. 11.8
  39. 39. Cambios de fase H2O (s) H2O (l)El punto de fusión de un Temperaturasólido o el punto de Líquidocongelación de un líquido Congelaciónes la temperatura a la cuallas fases sólida y líquida Fusióncoexisten en equilibrio. Sólido 11.8
  40. 40. Calor molar de fusión (∆Hfus) es la energía necesaria parafundir un mol de un sólido. 11.8
  41. 41. Curva de calentamientoTemperatura Punto de ebullición Líquido y vapor Punto de fusión en equilibrio Sólido y líquido Líquido en equilibrio Sólido Tiempo 11.8
  42. 42. Cambios de fases H2O (s) H2O (g) Sublimación DeposiciónCalor molar de sublimación Temperatura(∆ Hsub) es la energía Líquidonecesaria para sublimarun mol de un sólido. ∆ Hsub = ∆ Hfus + ∆ Hvap (Ley de Hess) Sólido 11.8
  43. 43. Un diagrama de fases resume las condiciones en las cualesuna sustancia existe como sólido, líquido o gas. Diagrama de fases del agua Líquido Sólido Presión Temperatura 11.8
  44. 44. Diagrama de fases del dióxido de carbono Líquido Sólido Presión Temperatura 11.8

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