EL ESTADO LÍQUIDO

CARACTERÍSTICAS GENERALES :

-Tienen volumen constante.-No tienen forma propia, adoptan forma del recipiente que los contiene.-Poseen densidades mayores que los gases.-Tienen una fuerte fricción interna llamada VISCOSIDAD.-Son menos INCOMPRESIBLES que los gases.-Tienen valores de calores específicos altos. -Las sustancias no polares me ajustan mejor a las leyes Fisicoquímicas que las sustancias polares.-Las SUSTANCIAS NO POLARES, tienden a formar gases casi perfectos o soluciones ideales con propiedades proporcionales a sus fracciones molares( tienen sus átomos simétricamente arreglados,en la molécula, no presentan carga eléctrica por lo tanto tampoco electromagnetismo. No se ionizanno conducen la electricidad y son químicamente inactivos.Ejm : metano (CH4); tetracloruro de carbono (CCl4); generalmente todos los hidrocarburos). -Las SUSTANCIAS POLARES, tienen propiedades opuestas a las sustancias polares, tienen bajo peso molecular, no poseen arreglos simétricos. Ejm : agua (H2O); cloruro de metilo (CH3Cl); alcoholetílico (C2H5OH); ácido acético (CH3COOH); amoníaco (NH3) y sus derivados.

DENSIDAD : se expresan en g / cm3 ; o g / ml . La densidad del agua a 4° C es 1.000 g / cm3.

PESO ESPECÍFICO : es la relación de su densidad a la densidad del agua a una determinada temperatura.

.)(TrefAGUA

LIQ

A otras temperaturas, el peso específico es ligeramente superioral valor de densidad.

El estado líquido depende de la temperatura. Se llama TEMPERATURA CRÍTICA a la temperatura en la cual la energía cinética es igual a la energía potencial máxima de atracción entre las moléculas de la sustancia.

Más allá de la temperatura crítica, no existe el estado líquido, si se comprime, originará un gas Fuertemente comprimido. Bajo la temperatura crítica se puede licuar un gas aplicando una presión suficiente.

PRESIÓN DE VAPOR- Cuando la energía cinética de traslación de una sustancia es mayor que la energía potencial de atracción de las moléculas, estamos en el estado gaseoso.Esto lo logramos aumentando la temperatura de la sustancia,una vez que las moléculas han vencido ésta energía, están libres y se alejan de la superficie del líquido, moviéndose la acción de su propia energía cinética de traslación, convirtiéndose en una molécula de gas.A una determinada temperatura, las moléculas del líquido y elgas están energizadas fuertemente, que algunas sobrepasan lavelocidad promedio. Cuando una de éstas llega a la superficiedel líquido, con la tendencia de alejarse del mismo, tiene la energíasuficiente como para desprenderse del mismo, por lo que se alejade ésta . Este fenómeno de desprendimiento de las moléculas fuertemente energizadas se denomina EVAPORACIÓN.

La CONDENSACIÓN ocurre cuando las partículas cuando lasmoléculas del gas chocan contra la superficie del líquido, en dondelas fuerzas de atracción de las moléculas las retendrán, y lasreintegrarán nuevamente al líquido. Su velocidad se determina por El número de moléculas que chocan con la superficie del líquido en launidad de tiempo, en relación directa con la presión o densidad delvapor.

Se llama EQULIBRIO DINÁMICO, cuando las velocidades de evaporación y condensación son idénticasy la presión de vapor permanece constante.

Si se cambia la presión de vapor en cualquier valor del equilibrio dado, la propia presión se corregirá, aumentando o disminuyendo la velocidad de condensación.La presión ejercida por el vapor, en ésta condición de equilibrio,se denomina TENSIÓN DE VAPOR del líquido.Todos los materiales sólidos o líquidos presentan tensión devapor definidas, cualquiera que sea la temperatura de la sustancia y depende de velocidad de pérdida o ganancia del líquido, del área total expuesta al vapor, no alterándose en la condición de equilibrio.

El factor mas importante que determina la magnitud de la tensión de vapor de un líquido es la propia naturaleza misma del líquido.Como todas las sustancias tienen la misma energía cinética de traslación a una determinada temperatura, la tensión de vapor dependerá exclusivamente de las fuerzas de atracción entre las moléculas de la sustancia.

El vapor que se encuentra en equilibrio con su líquido se llamaVAPOR SATURADO y depende de la temperatura.

El PUNTO DE EBULLICIÓN se llama a la temperatura parala cual la tensión de vapor alcanza el valor de 760 torr.

Si el líquido está a una presión menor de 1 atm., hervirá a unatemperatura mucho más baja, es decir a la cual la tensión de Vapor es igual a la presión exterior.

Las tensiones de vapor que a la misma temperatura poseen distintos líquidos, son tantos mayores cuandomás bajos son los puntos de ebullición

LA ECUACIÓN DE CLAYPERON

Sabemos que para una condición de equilibrio : ΔG = 0, o sea : G vapor – G líquido = 0.Y para un cambio infinitesimal : dG vapor = dG líquido, además : dG = VdP – SdT, tenemos :

VTH

dTdP

ECUACIONES DE DE CLAYPERON - CLAUSIUS

Hizo simplificaciones a la ecuación anterior, de donde se obtiene :

2RTvP

dTdP

Donde :λv = calor latente de vaporización.P = presiónT = temperatura absolutaR = constante de los gases

Integrando :

CRTv

P ln

Convirtiendo :

CRTv

P 30.2

log

Si integramos la última ecuación entre los límites P1 y P2, tensiones de vapor a las temperaturasT1 y T2 y reacomodando , tendremos :

)11

(30.2

log212

1

TTRv

PP

RELACIONES DEL PUNTO DE EBULLICIÓN

1. El punto de ebullición de una sustancia es aproximadamente los 2/3 de su temperatura crítica :

67.0TcTe

2. El calor molar de vaporización ( cal), dividido entre el punto de ebullición, es aproximadamente el valor constante de 21:

Kmolcal

Tev

*21

3. La suma de las temperaturas de fusión Tf y la temperatura de ebullición Te, es igual a la temperatura crítica :

TcTeTf

TENSIÓN SUPERFICIAL

Se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica, producto de la resultante de las fuerzasde atracción del líquido hacia el interior.

La tensión superficial de un líquido es la fuerza en dinas por cm. de borde de la película que se opone a la expansión de la superficie, por eso tienden a tomar el área más pequeña ( es así quelas gotas de un líquido se convierten en esféricas, pues el área de ésta figura es un mínimopara un volumen dado).

Las unidades son : ergios/ cm2., dina/ cm., N/m ,

Algunos líquidos mojan las paredes de un tubo capilar , como el agua , cuando esto sucedeel líquido adherido a las paredes va arrastrando el cuerpo del líquido hacia fuera. En éste caso la superficie del líquido libre es cóncavo.Otros líquidos no se adhieren a la superficie del tubo, como el mercurio, por lo tanto es empujado hacia abajo, formando una superficie convexa.

Cuando las fuerzas adhesivas son mayores que las fuerzas cohesivas, el menisco tiende a ser cóncavo como en el caso de vidrio y agua. Por otra parte cuando las fuerzas cohesivas son superiores a las adhesivas, el menisco es convexo como en el caso de mercurio en vidrio.

Los fenómenos capilares se llaman al desnivel que presentanlos líquidos en el interior de tubos muy estrechos, de diámetrosque son fracción de mm.Estos se deben a los distintos valores de cohesión del líquidoy a los valores de adhesión del líquido sólido.Si la adhesión es mayor que la cohesión,, el líquido será atraídopor la pared y forma una superficie cóncava, lo contrario haráformar una superficie convexa.

En el equilibrio,, la energía superficial es igual al peso del líquidoQue obligo a subir por el tubo capilar. Si denominamosa la tensión superficial, como la longitud del borde del meniscoDe la circunferencia interna del tubo igual a 2Πr, entonces la fuerzaHacia arriba será : , esta fuerza está balanceada por elpeso de la columna de líquido de volumen Πr2h, densidad ρ y directamente proporcional a la gravedad, entonces la fuerza de caídadebido al peso será :

r2

ghr 2

Igualando estas fuerzas, tendremos : ghrr 22

De donde obtenemos :

grh21

VISCOSIDAD

Se llama viscosidad o frotamiento interno, a la resistencia experimentada por una porción de unlíquido cuando se desliza sobre otra. Esto se debe a la fuerza de cohesión de líquido hacen que hayauna resistencia al movimiento de unas moléculas con respecto a la otra.Depende del estado de los cuerpos, pues en los gases es muy pequeña, en los sólidos alcanza suvalor máximo.

A

V

l

F

lVA

F

Donde :η = coeficiente de viscosidad ( gr /cm.s)V = velocidad ( cm /s )A = área ( cm2 )L = distancia entre capas ( cm. ) F = dinas

Las unidades de viscosidad son : poise ( gr/ cm.s) . ( dinámica ) cm2 / s ( cinemática )

Coeficiente de viscosidad cinemático :

En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el Stoke(St).

El instrumento que sirve para medir viscosidades se llamaViscosímetro.Esta se realiza midiendo el tiempo que transcurre para que un volumen determinado de líquido discurra por un tubo capilar demedidas definidas y presión constante (tiempo que demora en pasar por unas marcas pre -establecidas ).El de la figura es un viscosímetro de Ostmald.

La Ley que obedece el fenómeno de escurrimiento de un Líquido por un tubo capilar fue descubierta por Poiseuille :

VltrP

8

4

Donde :η = viscosidadP = presiónr = radio del tubo capilarl = longitud del tubo capilarV = volumen del líquidoT = tiempo

La dependencia de la viscosidad con la temperatura obedece a la siguiente ecuación :

BTA log

Donde :A y B son constantespara un líquido dado.

SOLUBILIDAD

Se denomina SOLUBILIDAD de un compuesto a la máxima cantidad del mismo que puede diluirse en un determinado volumen de disolvente; corresponde a la cantidad de soluto presente en una disolución saturada (aquella que se encuentra en equilibrio con un exceso de soluto).

Algunos líquidos, como el etanol y el agua se mezclan en todas proporciones, el éter y el agua se mezclan en grado limitado y otros no se mezclan, como el benceno y el agua ( insolubles ).Esto ocurre por que en el estado líquido las moléculas se encuentran en contacto íntimo, las fuerzas de atracción específicas son las que actúan sobre las moléculas.Para el estado gaseoso todas las sustancias se mezclan en cualesquiera proporciones, porque las moléculas se encuentran muy separadas.

El agua es uno de los componentes de muchas soluciones líquidas, teniendo una potencia solvente debido a su alta constante dieléctrica, además es el constituyente líquido de los organismos vivos.La sustancias que no se disuelven en agua, generalmente se disuelven en solventes orgánicos como el éter etílico, benceno, etc.

SOLUBILIDAD

La acción solvente de un líquido se debe a la alta afinidad entre las fuerzas atractivas de los dos las partículas sólidas.

Se llama DISOLUCIÓN a la dispersión molecular de un sólido en un líquido. El proceso inverso es la cristalización.

Se dice que una solución es SATURADA, cuando la concentración del soluto es alto, de tal manera que la velocidad de cristalización alcanza el valor de la velocidad de disolución, aquí no puede disolver más soluto, teniendo la temperatura constante..

CURVAS DE SOLUBILIDAD

El coeficiente de solubilidad es un coeficiente que se asocia a cada elemento o compuesto en relación con otro.

El coeficiente de solubilidad depende de la temperatura,de la naturaleza del soluto, de la naturaleza del disolvente y de la presión.Para el caso de un sólido disuelto, la influencia de la presión en muy pequeña. Al elevar la temperatura, el coeficiente de solubilidad aumenta si el fenómeno de disolución a temperatura constante es endotérmico (es el caso más frecuenta), y disminuye en caso contrario.En resumen el coeficiente de solubilidad depende principalmente de:-En la solubilidad influyen la naturaleza del soluto, la del disolvente y la temperatura.

Se llaman curvas de solubilidad a las representacionesgráficas de la solubilidad de un soluto en función de la temperatura.

Ejm : hallar la cantidad de NaNO3 que cristalizará por 100 gr. de agua al enfriar a 20° C una solución saturada a 50° C.

Ejm : Determinar a que temperatura la solución saturada de KNO3, contiene 33.3% de ésta sal por peso.