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Fuerzas Intermoleculares, Estados dela Materia y DisolucionesPropiedades generales de los estados de la materia.Enlace Químico y Fuerzas Intermoleculares.Propiedades y clasificación de los Sólidos.Propiedades de los Gases Ideales.Propiedades del estado Líquido.Clasificación de las mezclas de sustancias.Disoluciones y cálculos de concentraciones.
Propiedades generales de los estados de la materia Un estado de agregación de la materia (muchas partículas formando unsólido, un líquido o un gas) es el resultado de un equilibrio entre las energíascinéticas de las partículas (que tienden a separarlas) y las fuerzas deatracción entre ellas (que tienden a juntarlas). El resultado (estado sólido, líquido o gas) depende de la presión y latemperatura.
Propiedades generales de los estados de la materiaLíquido:moléculas juntas y con unorden de corto alcance(KE F atractivas)Gas: moléculas muyseparadas que semueven a granvelocidad(KE F. atractivas)Sólido: moléculasmuy juntas y muyordenadas(KE F. atractivas)
Propiedades generales de los estados de la uy poco compresibles: Materia condensadaViscosidad muy elevadaEstructura: muy ordenadaLíquidoPropioLa delrecipientePoco compresibles: Materia condensada.Viscosidad variable. Fluyen: Fluidos.Estructura: orden de cortoalcanceGasEl delrecipienteLa delrecipienteSon muy compresibles.Viscosidad muy pequeña.Fluyen rápido: FluidosEstructura: completo desorden.A veces se emplea el término fase (sólida, líquida o gas) como sinónimo de estado deagregación: una fase es una región de homogeneidad.
Propiedades generales de los estados de la materiaCambios de estado (cambios de fase en sustancias puras) Dependiendo de P y T es posible modificar el estado de agregación.Un aumento de T favorece los estados fluidos y desordenados.Un aumento de P favorece las fases condensadas. En cada cambio de fase se manifiesta un calor latente de cambio de estado: esnecesario calentar (proceso endotérmico) para romper las fuerzas de unión al pasarde s a l y a g. El calor se desprende (proceso exotérmico) si se produce lacondensación de g a l y de este a s. Mientras ocurre el cambio de fase fluyendo Q a P cte la T se mantiene cte: T de fusión,T de ebullición. Si la P 1 bar, se tiene la T normal de fusión, T normal de ebullición
Propiedades generales de los estados de la materiaPresión Sobre los materiales pueden actuartambién presiones mecánicas, ademásde la atmosférica. En un gas la P se interpreta comocausada por los choques molecularescontra las paredes del contenedor.
Propiedades generales de los estados de la materia¿Cómo se mide la Presión? ¿Unidades?
Propiedades generales de los estados de la materiaTemperaturaLa temperatura de un sistema expresa cuantitativamente si dichosistema está frío o caliente.Significado de T: el contacto entre sistemas a distinta T conllevael intercambio de energía en forma de calor desde el cuerpo queestá a mayor temperatura al que está a más baja temperatura.TA TB
Propiedades generales de los estados de la materia¿Cómo se mide la temperatura?Los termómetros traducen un cambio de temperatura en un cambiode otra propiedad física directamente observable
Propiedades generales de los estados de la materiaLos termómetros traducen uncambio de temperatura en uncambio de otra propiedad físicadirectamente observable Potencial eléctrico T
Propiedades generales de los estados de la materia¿Qué es la temperatura desde el punto devisto atómico-molecular?GasRecipienteLa Temperatura es un índice estadístico-molecular proporcionala laenergía cinética promedio de las moléculas de un sistema.TrecTgasMovimiento caótico
Propiedades generales de los estados de la materia¿Qué es la temperatura desde el punto devisto atómico-molecular?GasTgas TrecipienteRecipiente¿Tiene sentido hablar de una T absoluta negativa ?Movimiento caótico
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesLos tres modelos de Enlace Químicomuchosátomosmuchosátomosmar deelectronesEnlace MetálicomuchosátomosmuchosionesEnlace CovalenteEnlace Iónico
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesEnlace IónicoSe forma entre M (metal) NM (no metal), elementoscon gran diferencia de EN, ej Na y Cl(1) Los e- se transfieren del M al NM y se formaniones con estructura gas noble:(2) Fuerzas electrostáticas multidireccionalesmantienen unidos los iones generalmente como sólidoscristalinos en amplios rangos de T y P.Propiedades generales de los Compuestos IónicosPuntos de fusión elevados: Teb 500-1000 oCDuros y quebradizosMalos conductores eléctricos en forma sólida, perobuenos conductores eléctricos en forma líquida (fundidos)En general, son solubles en agua y disolventes polares.
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesEnlace metálicoSe forma entre M M, poco EN, ej Na(s)Los e- de valencia se transfieren a un “mar” ,se comparten ydeslocalizan.Los iones (cores) metálicos(Na )se mantienen unidos porel mar de electrones.Enlace no direccional.Esto explica cualitativamente las altas conductividades electrónica ytérmica y la ductilidad y maleabilidad de los metales.
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesLa interrelación entre los conceptos de: tipo de enlace químico y fuerzas intermoleculares estado de agregación (s,l, g) partículas constituyentes (moléculas, átomos, iones)Moléculas2-102 Enlace CovalenteátomosMacromoléculas 103 átomosTiposde Enlace Enlace IónicoNaCl Enlace Metálico FuerzasIntermolecularesSólidos(No Moleculares) 1023 átomosSólidos(Moleculares) 1023 átomosH2O
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesUne los átomos dentrode las moléculas. y origina unos pocos Sólidos Covalentes conaltas Tfus: C(dimante): 3600ºC, SiO2(cuarzo): 1600ºCSiC (carborundo): 2500ºC,Duros. Mala conductividad e- y térmica.Enlace IónicoOrigina Sólidos (y líquidos) Iónicos de altas Tfus:NaCl: 800ºC, MgO: 2800ºCDuros, quebradizos. Mala conductividad iónica como sy buena como fundido.Enlace covalenteEnlace Químico(fuerzasintramoleculares) 100Kcal/molFuerzasIntermolecularesEnlace MetálicoOrigina Sólidos (y líquidos) Metálicos deTfus variables, Ductiles, maleables, Buena conductividad ey térmicaHg: -39ºC, Cs: 29ºC, W: 3400ºCRepulsivas:Repulsión electrostática de muy corta distancia entre núcleos, y entre electrones y repulsión de Paulientre e- de igual spin. Originan la impenetrabilidad de la materia.IntensidadAtractivas:0. Ion-dipoloSon responsables de la solubilidad de algunos sólidos iónicos en agua.1. Puentes dehidrógenoSon las fuerzas intermoleculares atractivas más poderosas (después de lasion dipolo). Explican la formación de Sólidos y Líquidos Molecularescomo hielo, etanol, etc (de baja y media Tfus). Blandos, quebradizos, malaconductividad e- y térmica.Explican la solubilidad de algunas sustancias moleculares en agua. 10 Kcal/molFuerzasde Van derWaals2. Dispersión deLondonSiempre presentes, crecen con la masa y la forma alargada. Dan Sólidosy Líquidos Moleculares de baja Tfus .como muchas sustancias orgánicas.(o entre dipolosinducidos) 13. Dipolo-Dipolo (oKcal/molde orientación, Keesom)Sólo presente entre moléculas polares (con dipolo permanente). Sólosuperan en fuerza a las de London en moléculas polares pequeñas: HCNpor ej. Dan Sólidos y Líquidos Moleculares de baja Tfus
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesLa intensidad relativa entre las Fuerzas de van der Waals viene descrita por estatabla. En ella se muestra que(1) la contribución de London es SIEMPRE más poderosa, salvo en moléculasmuy polares y muy ligeras como H2O y HCN, en las que domina la atraccióndipolo-dipolo.(2) También se ve que la fuerzas dipolo-dipolo inducido son despreciables frentea las otras dos
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesFuerzas Ion-Dipolo Interacción entre un ion (e.g. Na o Cl -)y un dipolo (e.g. agua). Son las fuerzas intermoleculares másintensas. Responsables de lasolubilidad en aguade algunos sólidosiónicosH O 2 p, T ctes2ONaCl(s) H Na (ac) Cl-(ac)p, T ctes
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesPuentes de Hidrógeno¿Cómo identificarlos?Tiene que haber un H unido covalentemente aun átomo Y muy EN (O, F o N) en una molécula.En tal caso el enlace por Puente de Hidrógeno se forma conun átomo X (igual o no a Y) muy EN de otra molécula2.8 Å Y HEj: dímero de agua H X2.8 Å2 2 OOH1.0 Å 120-180oCH1.8 ÅHX,Y O, F, N, Cl (solo los muy electronegativos)D0 20 kJ/molEnergía de enlace
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesPuentes de HidrógenoProblema (en la serie): identifica si entre moléculas de las siguientessustancias se forman puentes Y-H···:XHHHH 3C NH 3COCH3HSí: N-H···:NHHNNoNoHOH2C CH2OHH3C ClSí: O-H···:ONoHOH3COHSí: O-H···:O
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesPuentes de HidrógenoProblema (en la serie): identifica si entre moléculas de las siguientessustancias se forman puentes Y-H···:XSí: O-H···:OEtilaminaSí: N-H···:NNoTetrahidrofuranoNoNoSí: O-H···:OSí: O-H···:F
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesPuentes de Hidrógenola estructura ABIERTA del hielola estructura MÁS COMPACTAdel agua líquida4 puentes de Hpor cada H2O2-3 puentes de Hpor cada H2O
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesPuentes de Hidrógeno¿Y de qué sirve en química saberque hay puentes de hidrógeno?Pues que las sustancias conmuchos puentesde hidrógeno tendrán Tfus y Tebexcepcionalmentegrandes (en relación a los quecorresponderían si otras fuerzasintermoleculares más débilesestuvieran operando).En la figura H2O, HF y NH3 nosiguen la tendencia de sus series(cada serie son los hidruros de unacolumna del SP)
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesFuerzas de dispersión de London Son universales (o sea, presentes en toda la materia, polar o apolar) Son más fuertes que las dipolo-dipolo Crecen con Mmolar y son mayores en formas moleculares alargadas. Origen: Los núcleos de una molécula (o átomo) atraen a los electrones de lamolécula (o átomo) vecina. Por un instante la nube electrónica se distorsiona yse forma un dipolo instantáneo (o dipolo inducido). Esto induce un dipolo en lamolécula vecina. Los dipolos, que nacen orientados, se atraen.
Origen de la Interacción de London (dispersión)La carga electrónica y nuclearfluctúan y en un instante dadoun desplazamiento de cargaasimétrico produce un dipoloinstantáneo en una molécula. Dos moléculasno polares estánmuy próximasentre sí. Ese dipolo instantáneoinduce un dipolo en lamolécula vecina, loque origina una fuerzaatractiva entre ambosdipolos.
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesFuerzas de dispersión de London¿Qué se puede explicar con las fuerzas de London? En moléculas apolares y sinpuentes de H, los puntos de fusión yebullición sólo se pueden explicar conlas fuerzas de London:En la figura el orden de Teb esCH4 SiH4 GeH4 SnH4porque ese es el orden de aumentode las masas moleculares (y de laintensidad de las fuerzas de London) En moléculas polares pesadaslas fuerzas de London superan alas dipolo-dipolo:En la figura el orden de Teb esHCl HBr HIdebido al aumento de las masasmás que a la polaridad
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesFuerzas de dispersión de London¿Qué se puede explicar con las fuerzas de London? El efecto de la forma alargada sobre las fuerzas de London puede verseen el caso del neopentano frente al pentano lineal. Las moléculas sonapolares, sin puentes de H y de la misma M.¡ pero la forma lineal genera fuerzas de London más intensas que laforma redondeada y su punto de ebullición es superior !
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesFuerzas de dispersión de LondonProblema: colocar de menor a mayor Temperatura deEbullición las sustancias siguientes: I2, F2, Br2 y Cl2 .Solución:dado que no hay más fuerzas presentes que las de London(pues no hay puentes de hidrógeno ni atracción dipolo-dipolo porque sonapolares) el orden será dictado por las Masas moleculares (pues la forma esla misma en todas) , que aumentan en el ordenF2 Cl2 Br2 I2
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesFuerzas Dipolo-Dipolo Se producen sólo entre moléculas con undipolo permanente.Sólo dominan a las fuerzas de London enmoleculas pequeñas muy polares (H2O oHCN).Orientación más favorable delos dipolos moleculares
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesFuerzas Dipolo-Dipolo¿Cuándo es importante la atracción dipolo-dipolo?SustanciaPesoMolecularMomentoDipolar (D)TEb(K)propano: CH3CH2CH3440.1231dimetiléter: CH3OCH3461.3248cloruro de metilo CH3Cl501.9249acetaldehído: CH3CHO442.7294acetonitrilo: CH3CN413.9355Cuando no haypuentes dehidrógeno y las masasmoleculas soncomparables el orden depolaridad define elorden depuntos deebullición
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesPara resolver problemas de Fuerzas Intermoleculares puede ser apropiadousar un diagrama de flujo como el siguiente, basado en identificar las fuerzaspresentes y decidir cuál es la dominante
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesProblema (en la serie) : Identifica la fuerza intermolecular quedomina en cada una de las siguientes sustancias, y elige lasustancia con una temperatura de ebullición más alta en cadapareja:a) NCl3 o BeF2b) CH3Cl o CH3OHc) CH3CH2OH o C2H4(OH)2
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesSolución:a) BeF2 esta formado por iones de Be2 y F -, que se mantienen unidos medianteenlace iónico; NCl3 es una molécula polar, por tanto las fuerzasintermoleculares son dipolo-dipolo y de London. Las fuerzas en BeF2 sonmás fuertes, tendrá un punto de ebullición más alto. Datos de confirmación:BeF2 (8000C) y NCl3 (400C)b) CH3Cl y CH3OH son moleculas polares, CH3OH tiene un enlace O-H , capaz degenerar enlaces de hidrógeno, que son más fuertes que las fuerzas dipolodipolo y de London que existen en CH3Cl. CH3OH tendrá un punto deebullición más alto.Datos de confirmación: CH3Cl (-24.220C) y CH3OH (64.650C)c) CH3CH2OH y HOCH2CH2OH Ambos contienen el grupo O-H, y son alcoholes,pero el etilendiol tiene dos grupo di-hidroxi y puede producir más enlaces dehidrógeno, será el de mayor punto de ebullición.Datos de confirmación: CH3CH2OH (78.50C) y HOCH2CH2OH (2900C)
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesProblema (en apuntes): Identificar las fuerzas intermolecularespresentes en las siguientes sustancias y señalar la sustancia de cada parque tiene el punto de ebullición más alto.a) C6H14 y C8H18 b) CH3OH y CH3SHSolución:a) C6H14 y C8H18 . Ni hexano ni octano tienen puentes de H, ni sonpolares (no hay atracción dipolo-dipolo). Sólo es posible la atracciónde London, que es más intensa en el más pesado octano. Luego eloctano tendrá mayor punto de ebullición.b) CH3OH y CH3SH. El metanol forma puentes de H (además es polar ytiene atracción de London). El metanodiol es polar y tiene atracción deLondon, pero no forma puentes de H. Por tanto metanol tiene mayorpunto de ebullición.
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesProblema (en apuntes): Identifica el tipo de interaccionesintermoleculares que están presentes entre las siguientes moléculas y sufuerza relativa.Solución:En el ciclopropano sólo son posibles las fuerzas de London.El formaldehido tendrá fuerzas dipolo-dipolo y fuerzas de LondonEl octanol tendrá fuerzas dipolo-dipolo, dispersión de London y puentes dehidrógeno
Enlace Químico y Fuerzas IntermolecularesProblema (en la serie) : Decir que tipo de fuerzas intermoleculares sedan entre las siguientes sustancias y ordenarlas por orden creciente de supunto de ebullición:a) Ar, He, Ne y Xe.b) metano, clorometano, triclorometano y tetracloruro de carbono.Solución:a) sólo son posibles las fuerzas de London, que aumentan con la Masamolecular, de modo que las temperaturas de ebullición de los gasesnobles van en el ordenHe Ne Ar Xe.b) CH4 y CCl4 sólo dispersión de London, mientras CH3Cl y CHCl3 tienenademás atracción dipolo-dipolo. Pero el tetracloruro es el más pesado yeste efecto es dominante, de modo que se espera el orden de Teb: CH4 CH3Cl CHCl3 CCl4Datos de Confirmación (Wikipedia) :-161.6ºC, -24.1ºC, 61.05ºC, 76.85ºC
Propiedades y Clasificación de los SólidosEn el estado sólido predominan las interacciones¿Por qué estudiarla estructurade aunsólido?intermolecularesy el enlacequímico frentela energíacinéticade átomos o moléculasLas propiedades yPor eso es indispensable conocer qué estructura atómicocomportamiento de losmolecular tiene un material sólido y qué fuerzas la sostienen comosólidos vienenun primer paso para explicar sus propiedades físicas y químicasdeterminadas por suestructura moleculary enlace químico
Propiedades y Clasificación de los SólidosClasificación según el orden estructuralSólidos cristalinos poseen unordenamiento estricto y regular, es decir,sus átomos, moléculas o iones ocupanposiciones específicas. Las fuerzas deatracción son máximas y pueden seriónicas, covalentes, fuerzas de van derWaals, puentes de hidrógeno o bien unacombinación de ellas.Sólidos amorfos carece de unordenamiento biendefinido y de un ordenmolecular repetido.Carecen de unadistribución regulartridimensional (SiO2)
SiOEj:CuarzoCristalino(SiO2)
SiO2Armazónrígidodesordenado
Propiedades y Clasificación de los Sólidos¿Por qué estudiar la estructura de un sólido?Nuestro objetivo es describirla relación existente entre laestructura de algunos sólidoscristalinos prototípicos y suspropiedades básicas.NaCl: sólido iónico
Propiedades y Clasificación de los SólidosEstructura de los sólidos cristalinos: conceptos básicos Estructura cristalina Ordenaciónperiódica de átomos (iones, etc) en elespacio 3DPo Red cristalina conjunto infinito depuntos con igual entornoRed cristalina(cúbica simple o primitiva) Celda unidad de la red paralelepípedoque por traslación genera la red Motivo o base o patrón estructural un átomo (o ion) o un grupo de ellos Estructura traslación 3D dela celda unidad de la red cristalina motivo Índice de coordinación Número de más cercanos vecinos (6)Celdaunidad Nº de posiciones pertenecientesa la celda 8 x 1/8 1
Propiedades y Clasificación de los SólidosEstructura de los sólidos cristalinos: conceptos básicos ¿Cuántas estructuras hay?Prácticamente tantas como compuestos, pero . ¿Cuántas redes (tipos de celdas) hay?14 redes de Bravais (celdas con diversos centrados: primitivas, en elinterior, en las caras, etc) organizadas en 7 sistemas cristalinos(paralelepípedos) Ejemplos de estructuras y cálculos con celdas o redes cúbicas sólo un átomo como motivo:estructuras metálicas Ejemplos de estructuras y cálculos con celdas o redescúbicas un motivo de dos iones:estructuras iónicas
Propiedades y Clasificación de los SólidosEstructuras compactas: Las estructuras que los sólidos cristalinos adoptanson frecuentemente aquellas que permiten el contacto más íntimo entre laspartículas, a fin de maximizar las fuerzas atractivas entre ellos
Propiedades y Clasificación de los SólidosProblema: Conocida la estructura cristalina del NaCl, sumasa molar M 58.44 g/mol, la distancia d 2.819 Åentre Na -Cl- y la densidad del sólido NaCl (2.165 g/cm3) ,demuestra que la constante de Avogadro viene dada por lasiguiente expresión y calcula su valor.a 2daristasinteriorvérticescaras
Sólidos iónicos ¿Cuáles son las fórmulas empíricas de estoscompuestos?– (a) Verde: cloro; Gris: cesio– (b) Amarillo: azufre; Gris: zinc– (c) Gris: calcio; Azul: flúor(a)(b)CsClZnS(c)CaF2
Propiedades y Clasificación de los SólidosLa naturaleza del enlace químico es crucial, no sólo para explicarla estructura deClasificaciónlos sólidos, sinopara entendersus propiedades.de jemplos
Propiedades y Clasificación de los SólidosLa naturaleza del enlace químico es crucial, no sólo para explicarla estructura de los sólidos, sino para entender sus propiedades.Clasificación de Sólidos CristalinosTipoEspeciesquímicasMolecularÁtomos oMoléculasCovalentesÁtomosIónicoIonesatómicos esEjemplos
Propiedades y Clasificación de los SólidosLa naturaleza del enlace químico es crucial, no sólo para explicarla estructura delos sólidos, sinopara entendersus propiedades.Clasificaciónde nesMolecularÁtomos sEnlace covalenteIónicoIonesatómicos mosEnlace metálicoPropiedadesEjemplos
Propiedades y Clasificación de los SólidosLa naturaleza del enlace químico es crucial, no sólo para explicarla estructura delos sólidos, sinopara entendersus propiedades.Clasificaciónde nesPropiedadesMolecularÁtomos oMoléculasFuerzasintermolecularesQuebradizos y blandos,puntos de fusión bajos,malos conductorestérmicos y eléctricosCovalentesÁtomosEnlace covalenteDuros, puntos de fusiónmuy altos, suelen sermalos conductorestérmicos y eléctricosIónicoIonesatómicos omolecularesAtracciónelectrostáticaDuros y quebradizos,puntos de fusión altos,malos conductorestérmicos y eléctricosMetálicoÁtomosEnlace metálicoBlandos o duros,puntos de fusión altos obajos, excelentesconductores térmicos yeléctricos, maleables ydúctilesEjemplos
Propiedades y Clasificación de los SólidosLa naturaleza del enlace químico es crucial, no sólo para explicarla estructura delos sólidos, sinopara entendersus propiedades.Clasificaciónde nesPropiedadesEjemplosMolecularÁtomos oMoléculasFuerzasintermolecularesQuebradizos y blandos,puntos de fusión bajos,malos conductorestérmicos y eléctricosAr(s), CH4(s),CO2(s)CovalentesÁtomosEnlace covalenteDuros, puntos de fusiónmuy altos, suelen sermalos conductorestérmicos y tómicos omolecularesAtracciónelectrostáticaDuros y quebradizos,puntos de fusión altos,malos conductorestérmicos y eléctricosNaCl(s),NaNO3(s)MetálicoÁtomosEnlace metálicoBlandos o duros, puntos defusión altos o bajos,excelentes conductorestérmicos y eléctricos,maleables y dúctilesCu, Fe, Al,W, etc.
Propiedades y Clasificación de los SólidosEjemplos de Sólidos Cristalinos MolecularesHieloCada molécula de agua participaen cuatro puentes de hidrógenoPunto de fusión 0 oCEstructura poco compacta(canales hexagonales)
Propiedades y Clasificación de los SólidosEjemplos de Sólidos Cristalinos CovalentesDiamanteRed covalentetridimensionalCada átomo de Cestablece 4 enlacessencillos C-C endisposicióntetraédrica1.54 ÅPunto de fusión: 3550oCnatural
Propiedades y Clasificación de los SólidosAplicacionesdel diamanteMaterial superabrasivo para recubrir lasuperficie de las herramientas de corte.Herramientas “diamantadas”1.54 ÅPunto de fusión: 3550 oCCristales microscópicosde diamantes sintéticoso naturales
Propiedades y Clasificación de los SólidosEjemplos de Sólidos Cristalinos Mixtos: Covalentes-MolecularesGrafito1.42 Å3.41 ÅPunto de fusión: 3652 oCCada átomo de C formaparte de una redbidimensional de enlacescovalentes que da lugar auna lámina de hexágonoscondensadosLas láminas de grafito,con los centros de hexágonosdesplazados, se apilangracias a las atraccionesintermolecularesEl grafito es un material ligeroque actúa como lubricante ocomo soporte en electrodos
Propiedades y Clasificación de los SólidosEl grafito es un material anisotrópico que se empleacomo lubricante en condiciones extremas de P y T.Lubricante sólido:Elevada resistenciaa P y T. Establequímicamente.Las láminas de grafito se deslizan1.42 Åfácilmente ya que no están unidaspor enlaces químicos, sino porfuerzas intermoleculares3.41 ÅPunto de fusión: 3652 oCJuntas de grafito: minimizanla fricción entre materiales
Propiedades y Clasificación de los SólidosEstructura Electrónica del Enlace IónicoMetal (c )Na ClNo Metal (c )Las interacciones ion-ion soninteracciones fuertes, comparables alos enlaces químicos covalentes, lospuntos de fusión son igualmenteelevados. (700-2000 oC).
Propiedades y Clasificación de los SólidosSólidos Cristalinos Iónicos ¿Son los compuestos iónicosconductoresNaCl (salcomún) de la electricidad?Cl Red cúbicacentradas en lascaras de Na y Clcomo motivor 1.81 ÅNa r 0.95 Å NaCl 801 oCPunto de fusión:i.c.(Cl ) 6 ) 6La conf. electrónicalos iones es muy establei.c.(Nadey los e- están fijos en la capa de valenciaLas celdas unidad buscan el máximo empaquetamientoposible para cada relación de cargas y radios iónicos
Propiedades y Clasificación de los SólidosSólidos Cristalinos Iónicos ¿Por qué la Tf de la blenda es mucho mayor que la del cloruro de sodio?1:1 ZnS (blenda)2:2Na TamañomuydesigualS2 r 1.84 ÅCl Zn2 EnlaceZn2 r 0.76 ÅS2 Red cúbicaIónico centrada en lascaras de S2con Zn2 en lamitad de huecostetraédricos en laceldaPunto de fusión: 1700 oCi.c.(S2 ) 4i.c.(Zn2 ) 4
Propiedades y Clasificación de los SólidosLos sólidos iónicos, aunque duros, son quebradizos 1) Aplicación de un esfuerzoanisotrópico - -- -
Propiedades y Clasificación de los Sólidos
Propiedades y Clasificación de los SólidosSólidos Cristalinos MetálicosDescripción estructuralCu(s)Punto defusión:1084 oCRed cúbicacentrada enlas carasi.c.(Cu) 12
Propiedades y Clasificación de los SólidosSólidos Cristalinos MetálicosDescripción estructuralEnlace metálico deslocalizadoCu(s)Punto defusión:1084 oCRed cúbicacentrada enlas caras- i.c.(Cu) 12Las posiciones de la red cristalina(cargas ) están inmersas en ladensidad electrónica (carga )devalencia
Propiedades y Clasificación de los SólidosEjemplos de Sólidos Cristalinos Metálicos Las Tf de los metales son muyvariables ¿Por qué?Enlace metálico deslocalizadoLa fuerza del enlace metálico varíaenormemente entre los metalesNa(s)Cr(s)Cada átomoaporta 1 e- alenlace metálicoPunto defusión:97.5 oCCada átomoaporta 7 e- alenlace metálicoPunto defusión:1895 oC Las posiciones de la red cristalina(cargas ) están inmersas en la densidadelectrónica (carga )de valencia
Propiedades y Clasificación de los SólidosEjemplos de Sólidos Cristalinos MetálicosLos sólidos metálicos son dúctiles y maleablesEl enlace metálico sólo se perturba débilmentecomo consecuencia de cambios en la red cristalina
Propiedades y Clasificación de los SólidosClasifica las siguientes sustancias según la naturaleza de sus fases lente )Tetraóxidofosfato detriamonioSólidoiónicoMgOAgÓxido de MgPlataSólidointermedioentreiónico ycovalenteSólidometálico
Propiedades de los Gases IdealesUn gas ideal puroEl estado gaseoso de la materia es el más sencillo de comprenderen términos de sus propiedades físicas.Variables quedefinen elestado de ungas: variablesde estadoPnVT¿ Cómo se relacionancuantitativamenteentre sí?Las interacciones entrelas moléculas de un gasson muy débilesEcuación de estado
Propiedades de los Gases IdealesUn gas ideal puro¡ Solo 3 variables independientes !Modelo moleculardel gas idealLeyde Boyle Interaccionesintermolecularesdespreciables. Moléculaspuntuales. Las moléculas delgas se muevencaóticamente La energía total delas moléculasdel gas se conserva.V nP TV 1PComportamientoexperimentalde gas ideal Presiones bajas omoderadas (P 10atm).PV nRTAvogadroEcuaciónde estadodel gas ideal Masa molecularpequeña (M 50Ley g/mol)de CharlesR 0.08206atm LK molV nV T Temperatura alta( T 0oC).
Propiedades de los Gases IdealesR 0.08206Leyes tradicionales delos gases idealesBoyle1V PCharlesV TAvogadroV n TJR 8.3145K moly n constantes P y n constantes P y Tconstantes nTV PEcuación de estado del gas idealatm LK molCte delGas IdealnTV RPPV nRTProblema:(a) demuestra que 1 mol de cualquier gas en condiciones normales (cn),definidas como 1 atm y 0ºC, ocupa 22.4 L.(b) estima cuántas veces mayor es el volumen que ocupa un mol de gas respectoal que ocuparía un mol de líquido. AYUDA: piensa en un mol de agua liquida.
Propiedades de los Gases IdealesProblema (en la serie): bulbos conectados que trasiegan gasDos bulbos A y B, cada uno de 1.0 L y conteniendo cada uno 0.50 mol de He a 27ºC,están conectados con un tubo de volumen despreciable y una válvula. Con la válvulaabierta el bulbo A se enfría a 77K, pero el B se mantiene a 27ºC y se deja equilibrar laspresiones. Después se cierra la válvula y se calienta A de nuevo hasta 27ºC. Calcular:(a) La presión inicial en A y en B, (b) la presión final en A y en B.Solución:(a) Inicialmente, ambos están a la misma presión:(b) Con la válvula abierta y al enfriar A hasta T’A TB ocurrirá que A perderá presión, pero eldesequilibrio mecánico se compensará fluyendo He de B (alta presíón) hacia A (presiónmás baja), hasta alcanzar un valor común de P. En ese momento se cumplirá:que son 3 ec’s con 3 incógnitas (P, n’A y n’B) cuya solución es n’A 0.796 mol , n’B 0.204 mol.Al cerrar y calentar de nuevo A hasta TA TB 300 K
Propiedades de los Gases IdealesProblema (en la serie): ¿saldrá o no gas?Un recipiente de 5.0 L de capacidad contiene 14.0 g de N2 a 127ºC. La presiónexterior es de 1.0 atm. Se abre el recipiente hasta que se equilibran las presiones.Calcular la cantidad de N2 que sale o de aire que entra.Solución: saldrán 9.73 g de N2 .Problema (en la serie): las cuentas del vendedor de globosSe llenan globos de juguete con H2 a 0ºC a partir de una botella de 16.0 L de ese gasa 100.00 atm. Suponiendo que cada globo se llena con 1.00 L a presión atmosférica yque no hay cambio de temperatura, ¿cuántos globos se pueden llenar?Solución: 1584 globos. Pista: calcula cuántos moles de gas hay en la botella ycuántos moles necesita un globo.Pero ¡ojo! no te olvides que el gas de la botella dejaráde salir antes de emplearse todo su contenido.
Propiedades de los Gases IdealesProblema (en la serie): ¿dejará huecos la barca que vuelca? ¿cómo de grandes?Un tubo de hierro de longitud L 2.0 m y cerrad
Cambios de estado (cambios de fase en sustancias puras) Propiedades generales de los estados de la materia Dependiendo de P y T es posible modificar el estado de agregación. Un aumento de T favorece los estados fluidos y desordenados. Un aumento de P favorece las fases condensadas. En cada cambio de fase se manifiesta un calor latente de cambio de estado: es
