ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIAGASESLQUIDOSSLIDOS

TEMASTeora cintico molecularEstado slidoEstado lquidoEstado gaseosoPasaje de estadosPresin de vaporDiagrama de fasesEstado plasmticoLeyes del gas idealDesviacin del comportamiento ideal de los gases

Existen tres estados de agregacin de la materia: gaseoso, lquido y slido.El hecho de que una sustancia se encuentre en cada uno de los estados, depende fundamentalmente de las fuerzas de atraccin entre las partculas que la forman.Estas fuerzas de atraccin entre partculas dependen de que dichas partculas sean molculas, con sus caractersticas de polaridad y geometra, iones o tomos. Por lo tanto, el estado en el que existir una sustancia depende fundamentalmente de su estructura.ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA

ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA

TEORA CINTICO - MOLECULAR

La teora cintica nos indica que la materia, sea cual sea su estado (slido, lquido o gaseoso), est formada por pequeas partculas (molculas o tomos), que se encuentran en continuo movimiento. La velocidad y, por lo tanto, la energa cintica de las partculas, aumenta al aumentar la temperatura.La temperatura a la cual todas las partculas estn quietas se conoce como cero absoluto de temperatura y es de -273 C.El cero absoluto es el cero de la escala Kelvin. Para transformar una temperatura en gradoscentgrados a Kelvin, o viceversa, hay que sumar o restar 273 respectivamente.C+273K-273

ESTADO SLIDO

En un slido:Las partculas se encuentran muy prximas y en posiciones fijas.Las fuerzas de atraccin son mayores que las de repulsin. La movilidad es escasa: las partculas slo pueden vibrar.Como consecuencia de esto, los slidos tienen forma propia.No se pueden comprimir, su volumen es constante, aunque se dilatan ligeramente al calentarlos Por qu?

La dilatacin se produce porque al aplicar calor las partculas adquieren una mayor movilidad (vibracin) y se separan, provocando un aumento del volumen. En la contraccin ocurre lo contrario, es decir,las partculas se enfran, por lo que tienen menor agitacin, unindose o aproximndose las unas a las otras, lo que provoca una disminucin del volumen.

ESTADO LQUIDO

En un lquido:Las partculas se encuentran prximas, pero sus posiciones no son fijas. La movilidad es mayor: las partculas pueden vibrar y desplazarse unas respecto a otras pero sin perder el contacto.Como consecuencia de esto, los lquidos se adaptan a la forma del recipiente que los contiene.No se pueden comprimir (*), su volumen es constante, aunque al calentarlos se dilatan algo ms que los slidos (vibracin y desplazamiento).VISCOSIDAD DE UN LQUIDOEs una medida de la resistencia a fluir. A mayor viscosidad, el lquido fluye de modo ms lento. La viscosidad de un lquido comnmente disminuye cuando aumenta la temperatura.Los lquidos que tienen fuerzas intermoleculares fuertes tienen viscosidades ms altas.(*) pueden comprimirse a presiones muy altas

ESTADO LQUIDO TENSIN SUPERFICIAL

Es la cantidad de energa necesaria para aumentar la superficie del lquido por unidad de rea.La tensin superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molcula son diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido. Esta fuerza tiende a tirar las molculas de la superficie hacia dentro del lquido y provocan que la superficie se comporte como si fuera una pelcula elstica.Este efecto permite a algunos insectos a desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.

ESTADO GASEOSO

En un gas:Las partculas se encuentran muy separadas y sus posiciones no son fijas.La movilidad es muy grande: las partculas pueden vibrar y trasladarse unas respecto a otras.Como consecuencia de esto, los gases se adaptan a la forma y al volumen del recipiente que los contiene.Se pueden comprimir, su volumen no es constante.Al calentarlos se dilatan ms que los slidos y los lquidos (vibracin y traslacin).PRESIN DE UN GASDebido a que las partculas del gas estn en continuo movimiento chocan entre ellas y con las paredes del recipiente. Estas colisiones son las responsables de la presin que ejerce el gas.

ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA

GASESLQUIDOSSLIDOSNo tienen forma ni volumen propioNo tienen forma pero si volumen propioTienen forma y volumen propioSon compresiblesSon prcticamente incompresiblesSon incompresiblesBajas densidadesDensidades intermedias entre gases y slidosDensidades altasSus molculas se mueven libremente y en forma desordenada. Fuerzas de atraccin entre molculas nulas o muy dbiles.Fuerzas intermoleculares ms intensas que en los gases, por lo que el movimiento de las molculas es ms limitado.Fuerzas intermoleculares muy fuertes. Las molculas prcticamente no se mueven, nicamente vibran.

PASAJE DE ESTADOS

El cambio de estado para cualquier sustancia ocurre modificando sus condiciones de temperatura o presin.

TEMPERATURA DEL CAMBIO DE ESTADO:

Mientras tiene lugar un cambio de estado, la temperatura no vara, se mantiene constante hasta que el cambio de estado se complete.

- El cambio de estado de slido a lquido (fusin) tiene lugar a la temperatura de fusin, que coincide con la temperatura de solidificacin (cambio de estado de lquido a slido).

- El cambio de estado de lquido a gas, que ocurre de forma tumultuosa, tiene lugar a la temperatura de ebullicin y coincide con la temperatura de condensacin (gas a lquido).

PASAJE DE ESTADOSSLIDOGASLQUIDOSOLIDIFICACIN (-)FUSIN O DERRETIMIENTO (+)SUBLIMACIN O VOLATILIZACIN (+)CRISTALIZACIN O SUBLIMACIN INVERSA (-)EBULLICIN (+)CONDENSACIN O LICUACIN (-)(+) Proceso que requiere suministro de energa(-) Proceso en el que se libera energa

PRESIN DE VAPOR

El vapor de una sustancia es el gas que se forma por evaporacin de un lquido o un slido. La evaporacin ocurre en la superficie del lquido o slido, a cualquier temperatura.Si a un recipiente cerrado se le introduce lquido, una porcin de ste se evaporar y pasar a formar una capa gaseosa ocupando todo el espacio libre del recipiente. Las molculas capaces de pasar al estado gaseoso son las ms enrgicas y las que pueden vencer las fuerzas de atraccin que las mantienen unidas a sus vecinas en el lquido (fuerzas intermoleculares). A medida que se van acumulando las molculas en el vapor, algunas de ellas vuelven al estado lquido. Cuando las velocidades de evaporacin y condensacin se igualan, el sistema est en equilibrio: el nmero de molculas que abandona el lquido por unidad de tiempo es igual al nmero de molculas que vuelve del vapor por unidad de tiempo.Se llama presin de vapor (Pv) de un lquido, a la presin ejercida por la fase gaseosa en equilibrio con el lquido. La Pv depende de la temperatura y de la naturaleza de la sustancia.

PRESIN DE VAPOR

TEMPERATURALa presin de vapor aumenta con la temperatura. Esto se debe a que aumenta la cantidad de molculas con alta energa que pueden vencer las fuerzas de atraccin, y por la tanto ms molculas pasarn al estado gaseoso. Es decir, cuanto mayor sea la temperatura, ms fcilmente se producir la evaporacin y mayor ser la presin de vapor.Al calentar un lquido va a aumentar su Pv hasta que esta alcanza el valor de la presin ambiente. La temperatura a la cual la presin de vapor se iguala con la presin exterior, se llama punto de ebullicin. El punto de ebullicin de un lquido cambia al cambiar la presin a la que est sometido. Ejemplo:Cuando la presin externa es de 1 atm, el agua hierve a 100C, pero cuando la presin externa es de 0,95 atm, hierve a 98C, y cuando la presin externa es de 1,05 atm, hierve a 101,4C.

PRESIN DE VAPOR

NATURALEZA DE LA SUSTANCIA

Aquellos lquidos que tengan fuerzas de atraccin importantes entre sus molculas, tendrn, a una determinada temperatura, mucho menor presin de vapor que aquellos lquidos en los cuales las fuerzas de atraccin entre sus molculas sean ms dbiles.

Ejemplo:

A 20C, la Pv del H2O es 17,5 mm Hg y la Pv de CCl4 es de 91,0 mm Hg.Esto indica que hay mayor cantidad de molculas de CCl4 en la fase vapor, es decir que el CCl4 es ms voltil que el H2O, ya que las fuerzas intermoleculares de dipolo transitorio en el CCl4, son de mucho menor intensidad que las de puente de hidrgeno presentes en el H2O.

PRESIN DE VAPOR

Los slidos tambin tienen presin de vapor, aunque sus valores son en general muchos ms bajos que las de los lquidos.En los slidos, al igual que en los lquidos y gases, no todas las molculas o partculas tienen la misma la misma energa. Si en la superficie del slido hay partculas con alta energa, estas pueden vencer las fuerzas de atraccin y pasar al estado gaseoso. Si el slido se encuentra en un recipiente cerrado, se llega a establecer un equilibrio en el cual el nmero de partculas que pasan al estado gaseoso (volatilizacin) por unidad de tiempo, es igual al nmero con que las mismas pasan por unidad de tiempo del estado gaseoso al slido (cristalizacin o sublimacin inversa).La presin de vapor de los slidos, al igual que la de los lquidos, depende de la temperatura y de la naturaleza de la sustancia. Si la Pv de un slido alcanza el valor de la presin atmosfrica a una temperatura menor a la de fusin del slido, se produce su volatilizacin o sublimacin. Dicha temperatura es el punto de sublimacin.

DIAGRAMA DE FASES PARA UNA SUSTANCIAEstos diagramas se refieren a los equilibrios entre las fases de una determinada sustancia bajo distintas condiciones de presin y temperaturaDiagrama de fases del dixido de carbonoDiagrama de fases del agua

DIAGRAMA DE FASES PARA UNA SUSTANCIADIAGRAMA DE FASES DEL H2O- La lnea SA representa la curva de equilibrio slido vapor. Los puntos de esta curva son puntos de sublimacin.- La lnea AL es la curva de equilibrio lquido vapor. Los puntos sobre ella representan los puntos de ebullicin. El punto D corresponde al punto de ebullicin normal (presin 1 atm 760 mm Hg)- La curva AV est formada por los puntos de equilibrio slido lquido, es decir, los puntos de fusin. El punto F es el punto de fusin normal (presin 1 atm). El punto A es el llamado punto triple y corresponde a las nica condicin de presin y temperatura en la que coexisten las tres fases, lquida, slida y gaseosa. El punto L se denomina punto crtico, e indica el valor mximo de temperatura en el que puede coexistir lquido y gas. Por encima del punto crtico, la sustancia slo puede existir como gas. A temperaturas y presiones por encima del punto crtico el gas no se puede condensar.

4 ESTADO DE LA MATERIA ESTADO PLASMTICO

El plasma es un gas ionizado, es decir que los tomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones. De esta forma, el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por aniones y cationes. Un ejemplo es el Sol. A muy altas temperaturas las colisiones entre las molculas o tomos de los gases, movindose muy rpido, son suficientemente violentas para liberar los electrones, y el gas se comporta como un plasma.A diferencia de los gases fros, los plasmas conducen la electricidad y son fuertemente influidos por los campos magnticos. La lmpara fluorescente, contiene plasma (su componente principal es vapor de mercurio). La lnea de electricidad a la que est conectada la lmpara causa que los iones positivos se aceleren hacia el extremo elctricamente negativo, y que los electrones negativos vayan hacia el extremo elctricamente positivo. Las partculas aceleradas ganan energa, colisionan con los tomos, expulsan electrones adicionales y mantienen el plasma, aunque se recombinen partculas. Las colisiones tambin hacen que los tomos emitan luz y esta forma de luz es ms eficiente que las lmparas tradicionales. Los letreros de nen y las luces urbanas funcionan por un principio similar.

LAS LEYES DE LOS GASES IDEALESLey de Boyle-Mariotte: relacin presin volumenLey de Charles: relacin temperatura volumenLey de Gay Lussac: relacin presin temperaturaLey de Avogadro: relacin volumen cantidadLey de Dalton: presiones parciales

LEY DE BOYLE-MARIOTTE - GASESEl volumen (V) de una cantidad fija de un gas, mantenido a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presin del gas (P).A temperatura constante, el volumen de una cantidad dada de gas disminuye cuando la presin aplicada (P) aumenta.Inversamente si la presin aplicada disminuye, el volumen del gas aumenta.Si a temperatura constante reducimos el volumen de una masa gaseosa, las partculas poseen menor espacio donde moverse y entonces chocan ms frecuentemente con las paredes del recipiente, por lo que la presin observada ser mayor.

LEY DE BOYLE-MARIOTTE - GASESMientras que la temperatura permanezca constante y la cantidad de gas no cambie, P multiplicado por V es siempre igual a la misma constante k1.En consecuencia, para una misma muestra de gas en dos conjuntos diferentes de condiciones (a y b), se puede escribirDonde Va es el volumen a la presin Pa, y Vb es el volumen a la presin PbRobert Boyle (1627-1691)

LEY DE CHARLES - GASESPara una cierta cantidad de gas a una presin constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta, y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. El volumen (V) de una cantidad fija de un gas, mantenido a presin constante, es directamente proporcional a la temperatura del gas (T).T es la temperatura absoluta medida en Kelvin Conversin C a K T (K) = t (C) + 273

LEY DE CHARLES - GASESMientras que la presin permanezca constante y la cantidad de gas no cambie, V dividido por T es siempre igual a la misma constante k2.En consecuencia, para una misma muestra de gas en dos conjuntos diferentes de condiciones (a y b), se puede escribirDonde Va es el volumen a la temperatura Ta, y Vb es el volumen a la temperatura TbJacques Alexandre Csar Charles (1746-1823)

LEY DE GAY LUSSAC - GASESPara una cierta cantidad de gas a volumen constante, al aumentar la presin, la temperatura del gas aumenta, y al disminuir la presin la temperatura del gas disminuye. La presin (P) de una cantidad fija de un gas, a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura del gas (T).T es la temperatura absoluta medida en Kelvin Al aumentar la temperatura de una masa gaseosa a volumen constante, las partculas se mueven con mayor energa chocando ms frecuentemente y violentamente contra las paredes del recipiente, originando mayor presin.

LEY DE GAY LUSSAC - GASESMientras que el volumen permanezca constante y la cantidad de gas no cambie, el cociente entre P y T es siempre igual a la misma constante k3.En consecuencia, para una misma muestra de gas en dos conjuntos diferentes de condiciones (a y b), se puede escribirDonde Pa es la presin a la temperatura Ta, y Pb es la presin a la temperatura TbJoseph-Louis Gay-Lussac (17781850)

LEY DE AVOGADRO - GASESVolmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presin y temperatura, contienen el mismo nmero de molculas (o tomos si el gas es monoatmico).

Donde n representa el nmero de moles1 mol de gas ocupa 22,41 litros en condiciones normales de temperatura y presin de 0C y 1 atm (CNTP)Tambin el enunciado inverso es cierto:

Un determinado nmero de molculas de dos gases diferentes ocupan el mismo volumen en idnticas condiciones de presin y temperatura.Amedeo Avogadro (1776 1856)

ECUACIN DEL GAS IDEALResumiendo las leyes vistas al momento:LEY DE BOYLE(a n y T constante)(a n y P constante)(a P y T constante)LEY DE CHARLESLEY DE AVOGADROSe pueden combinar estas tres expresiones para formar una sola ecuacin maestra para el comportamiento de los gases:Donde R es la constante general de los gases y su valor es 0,0821 l . atm/K . mol

ECUACIN DEL GAS IDEALLa ecuacin (1) es til para problemas que no impliquen cambios entre las variables P, V, T y n para una muestra gaseosa. Cuando cambia el valor de alguna de estas variables , se debe aplicar la ecuacin (2) que englobe condiciones iniciales y finales.(1)Condiciones inicialesCondiciones finales(2)

LEY DE DALTON (de las presiones parciales)- GASESLa presin total de una mezcla de gases, es la suma de las presiones que cada gas ejercera si estuviera solo.Mezcla de gases A y BSe puede calcular la presin parcial de los componentes individuales a partir de fracciones molares y presiones totales.La fraccin molar (X) es la relacin del nmero de moles de un componente con el nmero total de todos los componentes presentes. Siempre es menor que 1. Si hay un solo componente es igual a 1.John Dalton (1766 1844)

DESVIACIN DEL COMPORTAMIENTO IDEALLas molculas de un gas ideal no ejercen fuerza alguna, no se atraen ni se repelen entre s, y su volumen es despreciable en comparacin con el recipiente que las contiene.La ecuacin de van der Waals es una modificacin del gas ideal, que toma en cuenta el comportamiento de los gases reales. Corrige considerando el hecho de que las molculas de los gases reales s ejercen fuerzas entre s y tienen volumen. Las constantes a y b se determinan experimentalmente para cada gas.A pesar de que el gas ideal no existe, las discrepancias en el comportamiento de los gases reales en intervalos razonables de presin y temperatura no afectan en forma significativa los clculos, por lo que se puede utilizar con seguridad la ecuacin del gas ideal.