Unidad 2_ Estado Líquido

FISICOQUMICAEstado Lquido

Gilbert Newton Lewis(Weymouth, Massachusetts, 23 de octubre de 1875

- Berkeley, 23 de marzo de 1946)

El Estado lquido:Contenido:

- Estructura de los lquidos y generalidades

- Viscosidad

- Tensin Superficial

- Difusin

Marco Rosero Espn, UCE-2015, Pg 2

A nivel molecular los lquidos poseen cierto grado de estructura, u orden, que se determina mediante diversas mediciones fsicas.

Estas propiedades se definen dentro del entorno:

Funcin de distribucin radial = volumen por la cantidad de tomos por unidad de volumen = 4r2dr(r)

Estructura de los lquidos:


La diferencia entre la estructura de los gases, lquidos y slidos se puede entender fcilmente si se comparan las densidades de las sustancias. En el caso de lquidos, su densidad es 800 veces ms grande que la de los gases.


Los puntos claves de este modelo se resumen a continuacin:

a) Las partculas que forman el lquido estn relativamente cerca una de otra, pero no los suficientemente cerca como las partculas en el correspondiente slido.

b) Las partculas en un lquido tiene mayor energa cintica que las partculas en el slido correspondiente.

c) Como resultado, las partculas en un lquido se mueven ms rpidamente en trminos de su vibracin, rotacin y translacin.


d) Ya que las partculas se mueven ms rpido, stas ocupan un mayor espacio en el lquido y por tanto el lquido es menos denso que el correspondiente slido.

e) No se puede explicar la densidades relativas entre slidos y lquidos solamente considerando las diferencias en la energa cintica de las partculas. En este modelo adems se asume que hay agujeros pequeos (del tamao de las partculas) distribuidos aleatoriamente a travs del lquido.

f) Las partculas que estn cerca de uno de estos agujeros se comportan de manera muy semejante que las partculas en un gas y las que estn lejos de estos agujeros se comportan de manera ms parecida con las partculas en un slido.


Los tres factores que determinan cuando una sustancia es un gas, un slido o un lquido a temperatura ambiente y presin atmosfrica son:

1.- La fuerza de los enlaces entre las partculas que forman la sustancia.

2 El peso atmico o molecular de estas partculas.


3.- La forma de estas partculas.


La forma de la molcula tambin influye en el punto ebullicin. Las molculas del pentano y del isopentano tienden a enredarse y se deben calentar a temperaturas ms altas antes de que puedan llegar al punto de ebullicin. Las molculas asimtricas por lo tanto tienden a ser lquidos sobre una gama ms grande de temperaturas que las molculas que son simtricas.


Presin de Vapor:

La presin de vapor es la presin de la fase gaseosa o vapor de un slido o un lquido sobre la fase lquida, para una temperatura determinada. Ejemplo el agua.


Punto de fusin y punto de congelacin

Los lquidos tienen una temperatura caracterstica a la cual se solidifican, conocida como su punto de congelacin.

En teora, el punto de fusin de un slido debe ser igual con el punto de congelacin del lquido. En la prctica, existen diferencias pequeas entre estas cantidades que pueden ser observadas.


Punto ebullicin

Cuando se calienta un lquido, alcanza eventualmente una temperatura en la cual la presin del vapor es lo bastante grande que se forman burbujas dentro del cuerpo del lquido. Esta temperatura se llama punto ebullicin.


Punto de congelacin

Los lquidos tienen una temperatura caracterstica a la cual se solidifican, conocida como su punto de congelacin. En teora, el punto de fusin de un slido debe ser igual con el punto de congelacin del lquido. En la prctica, existen diferencias pequeas entre estas cantidades que pueden ser observadas.


Es difcil, si no imposible, calentar un slido sobre su punto de fusin porque el calor que entra en el slido en su punto de fusin se utiliza para convertir el slido en un lquido. Es posible, sin embargo, enfriar algunos lquidos a temperaturas debajo de sus puntos de congelacin sin la formacin de un slido. Cuando se hace esto, se dice que el lquido est sub-enfriado.

Un ejemplo clsico de un lquido sobrefriado se obtiene calentando el trihidrato de acetato sdico (NaCH3CO2 3H2O)


Ya que resulta difcil calentar los slidos a temperaturas por encima de sus puntos de fusin, y porque los slidos puros tienden a derretirse sobre una gama de temperaturas muy pequea, los puntos de fusin se utilizan a menudo para ayudar a identificar compuestos.

Podemos por ejemplo, distinguir entre las tres azcares conocidas como glucosa (PF=150C), fructuosa (PF=103-105C), y sacarosa (PF=185-186 C), determinando el punto de los slidos puros.


Temperatura crtica y presin crtica

Descubierta por Thomas Andrews en 1869 mientras estudiaba el efecto de la temperatura y de la presin en el comportamiento del bixido de carbono.

Andrews encontr que l podra condensar el gas del CO2 en un lquido elevando la presin en el gas, mientras mantenia la temperatura por debajo de 31.0 C, a esta temperatura se requiere de una presin de 72.85 atmsferas para licuar el gas de CO2. Andrews encontr que era imposible convertir gas de CO2 en lquido por encima de esta temperatura, no importaba que tanta presin se aplicara.


Los gases no pueden ser licuados a temperaturas por encima de la temperatura crtica, en este punto las caractersticas de los gases y de los lquidos son las mismas, y no hay base sobre la cual distinguir entre los gases y los lquidos.

La presin del vapor de un lquido a la temperatura crtica se llama la presin crtica (Pc). La presin del vapor de un lquido nunca es ms grande que esta presin crtica.


Hay una correlacin obvia entre la temperatura crtica y el punto de ebullicin de estos gases. Estas propiedades estn relacionadas porque ambas son medidas indirectas de la fuerza de atraccin entre las partculas en la fase gaseosa.

Hay una correlacin entre la temperatura crtica y el punto de ebullicin de estos gases.

Estas propiedades estn relacionadas porque ambas son medidas indirectas de la fuerza de atraccin entre las partculas en la fase gaseosa.


Tensin superficial

Las molculas en la superficie del lquido, sin embargo, sienten una fuerza neta de atraccin que tira de ellas nuevamente hacia dentro del cuerpo lquido. Consecuentemente, el lquido intenta adquirir la forma que tiene el rea superficial ms pequea posible, es decir la forma de una esfera. La magnitud de la fuerza que controla la forma del lquido se llama la tensin superficial. Cuanto ms fuertes son los enlaces entre las molculas en el lquido, ms grande es la tensin superficial.


La tensin superficial del agua es 72 dinas/cm a 25C. Sera necesaria una fuerza de 72 dinas para romper una pelcula de agua de 1 cm. de larga. La tensin superficial del agua, disminuye significativamente con la temperatura, segn se muestra en el grfico.


Hay tambin una fuerza de adhesin entre un lquido y las paredes que lo contiene. Cuando la fuerza de adhesin es 1,5 veces ms grande que la fuerza de cohesin entre las molculas lquidas, se dice el lquido "moja" al slido.


=rhg/2cos

Ejemplo...

Los vasos capilares de las plantas generalmente tienen un dimetro de 0,02 cm, si la temperatura es 293 K y asciende 0.074 m, cul es la tensin superficial?.


Viscosidad

La viscosidad es una medida de la resistencia a fluir, los aceites de motores de combustin interna son ms viscosos que la gasolina; por ejemplo, la miel de abeja es ms viscosos que los aceites vegetales.

La viscosidad se reporta en unidades llamadas poise. La viscosidad del agua a temperatura ambiente es cercana a 1 centipoise (cP). La gasolina tiene una viscosidad entre 0.4 y 0.5 cP; la viscosidad del aire es 0.018 cP.


= P R4 t / 8 V L


Difusin

La difusin es el proceso por el cual los gradientes de concentracin en una solucin disminuye en forma espontnea hasta que se establece una distribucin uniforme y homognea. Ejemplos: transporte de CO2 a los sitios de fotosntesis. Video

Ley de Fick


Ejercicios del Captulo:

1) En un proceso de laboratorio con Argn (densidad 1,40 g/cc a -186C) se desea evaporar todo el Argn en un tubo de 368 cc. Suponer un comportamiento ideal y calcular el aumento de volumen que existe al pasar del estado lquido a gaseoso a -186C y 760 Torr, y la presin que generara en el tubo si la temperatura se mantiene a 25C en el momento de llenado.

2) En un recipiente de 1 litro completamente vaco se inyecta una gota de agua (0,050 cc). Si se mantiene la temperatura del sistema a 27C (densidad a 27C es 0,9965 g/cc y Pv=26.7 torr). Cuanta agua quedar lquida al establecerse el equilibrio?

3) En el agua lquida la presin de vapor es 17,535 torr a 20C y cuando se lleva a 40,0 C es de 55,324 torr. Calcular H y C mediante estos datos:

log p = - H / 4,576 T + C

El nitrgeno lquido es un refrigerante muy til para los experimentos a baja temperatura. Su punto de ebullicin normal es -195,8 C y su presin de vapor a -200,9 C es 400 Torr. El nitrgeno lquido puede enfriarse haciendo vaco a fin de reducir la presin sobre el lquido. Si regulamos la presin a 30 Torr Qu valor de temperatura se alcanzar cuando el nitrgeno entre en ebullicin en esas condiciones?

4.- Una sustancia tiene una temperatura de congelacin normal de 10C y una temperatura de ebullicin normal de 250C. El punto triple se alcanza a 50 C y a una presin de 150 mmHg. Cuando la sustancia se encuentra a -75C y a una presin de 100 mmHg, estn en equilibrio el slido y el gas.a) Dibuje el diagrama de fases de la sustanciab) Indique las zonas de slido, lquido y gas

Material de Apoyo: Capitulo 21 de Fisicoqumica de Raymond Chang Temas de exposicin:

1.- Relaciones de Maxwell, conceptualizacin y comparacin con otros mtodos (con efectos electrolticos, magnticos y otro tipo) para determinar las mismas variables.

2.- Ecuacin de Clapeyron y Clausius-Clapeyron, mbito y limites de aplicacin.

3.- Ley de Henry y Raoult, aplicaciones.

4.- Presin Osmtica aplicacin importante y desarrollo de aplicacin.

5.- Actividades y coeficiente de actividad, limites y aplicaciones.

6.- Propiedades coligativas de soluciones de electrlitos fuertes.

7.- Propiedades coligativas de soluciones de electrlitos dbiles.

8.- Cristales lquidos y aplicaciones.

9.- Soluciones y tres aplicaciones.

10.- Nuevos retos y propuestas de la fisicoqumica (tres temas relevantes de investigacin)

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