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Química General IQuímica General IProfesor: Ing. Justo Huayamave N.Profesor: Ing. Justo Huayamave N.
CAPITULO 3: CAPITULO 3:
LíquidosLíquidos
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Líquidos – ContenidoLíquidos – Contenido
Fuerzas intermoleculares.Fuerzas intermoleculares. El estado líquido: viscosidad, tensión El estado líquido: viscosidad, tensión
superficial, acción capilar.superficial, acción capilar. Diagrama de fases: reglas de las fases, Diagrama de fases: reglas de las fases,
condiciones críticas.condiciones críticas. La evaporación y la presión de vapor en estado La evaporación y la presión de vapor en estado
de equilibrio.de equilibrio. Cambios de estado y comparación de los tres Cambios de estado y comparación de los tres
estados de la materia.estados de la materia. Los sólidos no cristalinos y los líquidos Los sólidos no cristalinos y los líquidos
inmóvilesinmóviles
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FUERZAS INTERMOLECULARESFUERZAS INTERMOLECULARES
Son fuerzas de distinta intensidad que mantienen mas o menos unidas a las moléculas entre si.
Se deben a la estructura de las moléculas Determinan las propiedades de las
sustancias, como: estado de agregación, punto de ebullición, solubilidad, etc.
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TIPOS DE FUERZAS DE ATRACCIÓNTIPOS DE FUERZAS DE ATRACCIÓN
Fuerzas de Londón Dipolo-Dipolo inducido Ion-dipolo Dipolo-Dipolo Puente de hidrógeno Símbolos a usar
Molécula no polar Dipolo inducido Dipolo
++-+++++++++
++
+ -
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FUERZAS DE LONDONFUERZAS DE LONDON
Cuando los electrones de una molécula adquieren momentáneamente una distribución no uniforme hacen que en la molécula se forme un dipolo inducido.
La intensidad de las fuerzas de London depende de:– Facilidad con la que los electrones se
polarizan– Número de electrones en la molécula.– De la fuerza con que los sujeta la atracción
nuclear
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FUERZAS DE LONDONFUERZAS DE LONDON
Distribución electrónica no uniforme que provoca un dipolo inducido
+ -- +
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FUERZAS DIPOLO-DIPOLOFUERZAS DIPOLO-DIPOLO
Ocurren entre moléculas polares o dos grupos polares de una misma molécula cuando esta es grande.
La intensidad aumenta con el incremento de la polaridad
+ - ++
+ -- --
++
++
+ -++
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ION-DIPOLOION-DIPOLO
Es la fuerza que existe entre un ion y la carga parcial de un extremo de una molécula polar
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PUENTE DE HIDRÓGRNOPUENTE DE HIDRÓGRNO
Se produce entre un átomo de hidrógeno de un enlace polar y un par de electrones de un ion o átomo electronegativo como F,N,O.
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Estado líquido de la materiaEstado líquido de la materia
Viscosidad:Viscosidad: Propiedad de un líquido que Propiedad de un líquido que tiende a oponerse a su flujo. Es una medida de tiende a oponerse a su flujo. Es una medida de la resistencia que ofrece una capa del líquido a la resistencia que ofrece una capa del líquido a desplazarse sobre la capa adyacente. Depende desplazarse sobre la capa adyacente. Depende de la temperatura.de la temperatura.
Unidades:Unidades: 1 poise= 10E1Pa.S]=[Kg.S1E.mE1]1 poise= 10E1Pa.S]=[Kg.S1E.mE1]
stokes = cmstokes = cm22/s/s
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Viscosímetro Viscosímetro
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Otras unidades de viscosidadOtras unidades de viscosidad
Viscosidad Saybolt:Viscosidad Saybolt: indica el tiempo que indica el tiempo que transcurre para fluir 60cc de aceite por un transcurre para fluir 60cc de aceite por un orificio calibrado y su resultado se expresa como orificio calibrado y su resultado se expresa como Segundos Saybolt Universal (ssu)Segundos Saybolt Universal (ssu)
Viscosidad Engler:Viscosidad Engler: indica el cociente entre el indica el cociente entre el
tiempo de salida de 200mL de aceite y la misma tiempo de salida de 200mL de aceite y la misma cantidad de agua, por un orificio calibrado.cantidad de agua, por un orificio calibrado.
Viscosidad Redwood:Viscosidad Redwood: indica el tiempo que indica el tiempo que transcurre para fluir 500cc de aceite por un transcurre para fluir 500cc de aceite por un orificio calibrado.orificio calibrado.
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Viscosidad Viscosidad
La viscosidad puede ser La viscosidad puede ser determinada midiendo determinada midiendo el tiempo que tarda el el tiempo que tarda el fluido en fluir a través fluido en fluir a través de una determinada de una determinada temperatura. temperatura.
Esta temperatura suele Esta temperatura suele ser 100º F y 210º F ser 100º F y 210º F (37.8º C y 98.9º C)(37.8º C y 98.9º C)
Existen varios sistemas Existen varios sistemas de unidadesde unidades
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Tensión superficialTensión superficial
Miden las Miden las fuerzas que fuerzas que hay que hay que vencer para vencer para poder poder expandir el expandir el área área superficial superficial de un líquidode un líquido
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Tensión superficialTensión superficial
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Acción capilarAcción capilar
Cuando las fuerzas de Cuando las fuerzas de adhesión (líquido-adhesión (líquido-superficie) exceden a la superficie) exceden a la fuerza de cohesión fuerza de cohesión (líquido-líquido), el (líquido-líquido), el líquido continúa líquido continúa ascendiendo por los lados ascendiendo por los lados del tubo hasta que del tubo hasta que alcanza el equilibrio entre alcanza el equilibrio entre las fuerzas de adhesión y las fuerzas de adhesión y el peso del líquidoel peso del líquido
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Cambios de faseCambios de fase
Todo estado de agregación de la materia puede cambiar a los demás estados de la materia.
Cualquier cambio de fase va acompañado por un cambio en la energía (ΔH) del sistema
ΔH-entalpía (contenido calorífico) Julios o Kj
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Cambios de faseCambios de fase
Vaporización
Fusión
Sublimación
Condensación
Solidificación
Deposición
Gas
Sólido
Líquido
En
ergí
a d
el s
iste
ma
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Curvas de calentamientoCurvas de calentamiento
Son gráficos que relacionan la temperatura del sistema contra la cantidad de calor agregada.
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Evaporación (vaporización)Evaporación (vaporización)
Es el proceso por el cual las Es el proceso por el cual las moléculas de la superficie del líquido moléculas de la superficie del líquido se desprenden y pasan a la fase se desprenden y pasan a la fase gaseosa.gaseosa.
A mayor área superficial y mayor A mayor área superficial y mayor temperatura mayor evaporacióntemperatura mayor evaporación
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Presión de vaporPresión de vapor La presión parcial de las moléculas de La presión parcial de las moléculas de
vapor por encima de la superficie a un vapor por encima de la superficie a un líquido es la presión de vapor.líquido es la presión de vapor.
Presión = 0
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Punto de ebulliciónPunto de ebullición
Es la temperatura a la cual la presión Es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la de vapor del líquido es igual a la presión externa.presión externa.
Gráfico: Presión de vapor de cuatro líquidos Gráfico: Presión de vapor de cuatro líquidos comunes en función de la temperatura.comunes en función de la temperatura.
(hacer clic en la gráfica correspondiente)(hacer clic en la gráfica correspondiente)
Éter dietílico
Alcohol etílico(ethanol)
Agua
Etilenglicol
Diagrama de Fase
Instituto de Ciencias Químicas y Ambientales - ICQATemperatura (ºC)Temperatura (ºC)
Pre
sión
de
Vap
or (
torr
)P
resi
ón d
e V
apor
(to
rr)
00 2020 4040 6060 8080 100100
200200
400400
600600
800800
00
760760
34.6ºC
Punto de Ebullición NormalÉter
dietílico
Página anterior Punto
ebullición
Instituto de Ciencias Químicas y Ambientales - ICQATemperatura (ºC)Temperatura (ºC)
Pre
sión
de
Vap
or (
torr
)P
resi
ón d
e V
apor
(to
rr)
00 2020 4040 6060 8080 100100
200200
400400
600600
800800
00
760760
78.3ºC
Punto de Ebullición Normal
Alcohol etílico(ethanol)
Página anterior Punto
ebullición
Instituto de Ciencias Químicas y Ambientales - ICQATemperatura (ºC)Temperatura (ºC)
Pre
sión
de
Vap
or (
torr
)P
resi
ón d
e V
apor
(to
rr)
00 2020 4040 6060 8080 100100
200200
400400
600600
800800
00
760760
100ºC
Punto de Ebullición Normal
Agua
Página anterior Punto
ebullición
Instituto de Ciencias Químicas y Ambientales - ICQATemperatura (ºC)Temperatura (ºC)
Pre
sión
de
Vap
or (
torr
)P
resi
ón d
e V
apor
(to
rr)
00 2020 4040 6060 8080 100100
200200
400400
600600
800800
00
760760Punto de Ebullición Normal
Etilenglicol
Página anterior Punto
ebullición
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Ecuación de Clausius-ClapeyronEcuación de Clausius-Clapeyron
Cuando se trabaja con dos variables, tales Cuando se trabaja con dos variables, tales como presión de vapor y temperatura, es como presión de vapor y temperatura, es preferible trabajar en funciones lineales preferible trabajar en funciones lineales (líneas rectas).(líneas rectas).
En este caso es posible encontrar una En este caso es posible encontrar una relación lineal haciendo un simple cambio de relación lineal haciendo un simple cambio de variables.variables.
CRT
HP vap +
∆−=ln
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Ecuación de Clausius-ClapeyronEcuación de Clausius-Clapeyron
La ecuación de Clausius-Clapeyron se emplea La ecuación de Clausius-Clapeyron se emplea para tres tipos de cálculos.para tres tipos de cálculos.
Predecir la presión de vapor de un líquido a Predecir la presión de vapor de un líquido a una temperatura determinada.una temperatura determinada.
Determinar la temperatura a la cual el líquido Determinar la temperatura a la cual el líquido tiene presión de vapor específica.tiene presión de vapor específica.
Evaluar Evaluar ΔΔHHvapvap a partir de la determinación de a partir de la determinación de presiones de vapor a distintas temperaturas.presiones de vapor a distintas temperaturas.
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Ecuación de Clausius-ClapeyronEcuación de Clausius-Clapeyron
bmXY +=R
HmPendiente vap∆−
=:
CTR
HP vap +
∆−= 1
ln
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Ecuación de Clausius-ClapeyronEcuación de Clausius-Clapeyron
Con los siguientes datos grafique lnP vs. 1/T y Con los siguientes datos grafique lnP vs. 1/T y determine el calor molar de vaporización del determine el calor molar de vaporización del mercurio (Hg).mercurio (Hg).
Temperatura (K) 200 250 300 320 340
Presión (mm Hg) 17,3 74,4 246,8 376,3 557,9
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Presión (mmHg)
Ln P Temperatura (K)
1/T
17,3 2.851 200 0.005
74,4 4.31 250 0.004
246,8 5.51 300 0.0033
376,3 5.93 320 0.0031
557,9 6.32 340 0.0029
Ln
PL
n P
22
88
66
55
44
77
33
11
1/T1/T11 22 33 44 55 66 X10X10-3-3
x∆
y∆
Con los siguientes datos grafique lnP vs. 1/T y determine el calor molar de Con los siguientes datos grafique lnP vs. 1/T y determine el calor molar de vaporización del mercurio (Hg).vaporización del mercurio (Hg).
CRT
HP vap +
∆−=ln
JH
KmolJH
RmH
m
KmolJRR
Hm
vap
vap
vap
vap
9.13733
)*/314.8*9.1651(
*
9.1651
./31.8
=∆
−−=∆
−=∆−=
=∆
−=
(y2,x2)
(y1,x1)
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Ejercicio: ecuación de Clausius-ClapeyronEjercicio: ecuación de Clausius-Clapeyron
El diclorometano (CHEl diclorometano (CH22ClCl22) es un solvente ) es un solvente orgánico utilizado para remover la cafeína de orgánico utilizado para remover la cafeína de los granos de café. Con los datos de presión de los granos de café. Con los datos de presión de vapor del diclorometano a diferentes vapor del diclorometano a diferentes temperaturas grafique la línea correspondiente temperaturas grafique la línea correspondiente y a partir de ella determine la entalpía de y a partir de ella determine la entalpía de vaporización del solvente.vaporización del solvente.
Presión (mmHg)
80,1 133,6 213,3 329,6 495,4 724,4
Temperatura (K)
263 273 283 293 303 313
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Diagramas de fasesDiagramas de fases
Los diagramas de fase de temperatura – Los diagramas de fase de temperatura – presión ilustran las condiciones bajo las presión ilustran las condiciones bajo las cuales una sustancia puede existir como cuales una sustancia puede existir como sólido, líquido o vapor, así como las sólido, líquido o vapor, así como las condiciones que puedan causar cambios de condiciones que puedan causar cambios de estado.estado.
Representan las condiciones de temperatura y Representan las condiciones de temperatura y presión en donde pueden coexistir diferentes presión en donde pueden coexistir diferentes clases en equilibrioclases en equilibrio
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Diagrama de fase del aguaDiagrama de fase del agua
líquidolíquidosólidosólido
vaporvaporA
BC
Temperatura
218 atm
1atm
6.03X10-3
0
Pre
sión
0 0.01 100 374
O
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DIAGRAMAS DE FASESDIAGRAMAS DE FASES
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OC: cualquier punto sobre esta línea OC: cualquier punto sobre esta línea describe un conjunto de condiciones de describe un conjunto de condiciones de temperatura y presión bajo las cuales el temperatura y presión bajo las cuales el líquido y el vapor pueden coexistir.líquido y el vapor pueden coexistir.
AO: presión de vapor para el sólido. AO: presión de vapor para el sólido. Representa un conjunto de puntos que Representa un conjunto de puntos que describen condiciones posibles de presión describen condiciones posibles de presión temperatura para el equilibrio sólido-temperatura para el equilibrio sólido-vapor.vapor.
Diagrama de fase del aguaDiagrama de fase del agua
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BO: línea del punto de fusión, representa BO: línea del punto de fusión, representa el equilibrio sólido-líquido.el equilibrio sólido-líquido.
O: punto triple. El sólido, el líquido y el O: punto triple. El sólido, el líquido y el vapor pueden coexistir a 0.01° C (273.16°) vapor pueden coexistir a 0.01° C (273.16°) y 0.00603 atm (4.58 torr)y 0.00603 atm (4.58 torr)
Diagrama de fase del aguaDiagrama de fase del agua
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Condiciones críticasCondiciones críticas
Punto crítico: punto en el que mas allá de él no se puede distinguir las fases líquidas y gaseosas
Temperatura crítica: es la temperatura mas alta a la cual una sustancia puede existir como líquido
Presión crítica: es la que debe aplicarse para la licuefacción de un gas (vapor) en su temperatura crítica.
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Ejercicio …Ejercicio …
Los puntos de fusión y de ebullición normales del O2 son –218 y –138°C, respectivamente. Su punto triple está a –219°C y 1.14 torr, y su punto crítico está a –119°C y 49.8 atm.
Dibuje el diagrama de fases del O2, mostrando los cuatro puntos indicados aquí e indicando de que cada fase.
¿Qué es más denso? O2(s) u O2(l)? Explique su respuesta.
Al calentarse el O2 sólido, ¿sublima o funde a una presión de 1 atm?
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