Unidad 8fuerzas Intermoleculares

5/25/2018 Unidad 8fuerzas Intermoleculares

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Dr. Antonio BuljanUnidad 8 530.141

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Universidad de ConcepcinFacultad de Ciencias Qumicas

Qumica General

Ingeniera Civil Qumica eIngeniera Civil Metalrgica

Unidad VIII

FUERZASINTERMOLECULARES EN

SLIDOS Y LQUIDOS.


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8.1. Teora Cintico Molecular en Slidos y Lquidos.

8.2. Fuerzas Intermoleculares.8.3. Propiedades de los Lquidos.8.4. Estructura y Propiedades del Agua.8.5. Estructura y Propiedades de los Slidos.8.6. Tipos de Slidos Cristalinos.8.7. Cambios de Fase.8.8. Diagramas de Fases del Agua y CO2.8.9 Propiedades Fsicas de las Disoluciones:

Tipos de Disoluciones

8.10 Efecto de la temperatura en la Solubilidad8.11 Efecto de la presin en la Solubilidad8.12 Propiedades coligativas de no-electrolitos8.13 Propiedades coligativas de electrolitos

Unidad 8: Fuerzas Intermoleculares enSlidos y Lquidos.


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8.1. Teora Cintico-Molecular en Slidos y Lquidos.

En este modelo, se consideraban las fuerzas intermolecularesdespreciables..

En los lquidos y en los slidos, estaspropiedades cambian radicalmente.

Anteriormente utilizamos la Teora Cintico Molecular paraexplicar algunas de las propiedades de los gases a T y Pordinarias (298K y 1 atm).


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En los lquidos:

Las molculas se mantienen unidas por fuerzas de atraccinintermoleculares.

Estas fuerzas no son lo suficientemente intensas como paraque las molculas estn fijas las molculas tienen libertad

para moverse.


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En los slidos:

Las fuerzas intermoleculares son mucho ms intensas queen los lquidos las molculas (o tomos) ocupan posicionesfijas en el espacio.

Dado que las molculas (o tomos) estn muy juntasentre si:


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8.2. Fuerzas Intermoleculares.

En un slido o lquido, las molculas se mantienen unidaspor fuerzas intermoleculares.

Luego, si tenemos un lquido y la T comienza a aumentar,la EK de las molecs. tambin aumenta. Luego, las fuerzasintermoleculares pueden vencerse (romperse) y el lquidocomenzar a evaporarse.

Por otro lado, si tenemos un lquido y la T comienza adescender, la EK de las molecs. tambin disminuir.Esto har que las fuerzas intermoleculares comiencen a actuar

y el lquido comenzar a solidificarse.


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Existen tambin las fuerzas intramoleculares(enlaces qumicos)

OH

H

O

H H

O

H HOH

H

O

H H

O

H H

O

HH

O

H H FuerzasIntermoleculares

Fuerzas

Intramoleculares

( )

( )

Ms adelante veremos que las F. Intermolec. son proporcio-nales al Pto. de ebullicin y fusin. Mientras ms intensas sean

estas fuerzas mayores sern la Teb. y la Tfus.


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Tipos de Fuerzas Intermoleculares.

Fuerzas in-dipolo

Es la fuerza intermolecular ms intensa de todas.


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Fuerzas de van der Waals (vdW)

Para entender el origen de estas fuerzas debemos conocerantes el trmino polarizabilidad.

Existen varios tipos de fuerzas de vdW: dipolo-dipolo,ion-dipolo inducido, dipolo-dipolo inducido, fuerzas dedispersin de London y puentes de hidrgeno.


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Fuerzas Dipolo-Dipolo:

Son de corto alcance (las molculas deben estar muy cerca).

Son ms dbiles que las fuerzas ion-dipolo.

Hay una mezcla de atraccionesy repulsiones.

AtraccinRepulsin


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Masas moleculares, momentos dipolares y Puntos de Ebullicin para variassustancias orgnicas simples


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Fuerzas ion-dipolo inducido

+

Fuerzas dipolo-dipolo inducido

X + () (+)

Dipolo inducido

X

X() (+) () (+)

Dipolo inducido

X() (+)


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Fuerzas de dispersin de London.

Es la ms dbil de las fuerzas intermoleculares.

Si dos molculas neutras se aproximan, eventualmente,stas pueden sentirse.

Los ncleos de una molcula (o tomo) atraen a loselectrones de la molcula adyacente (o tomo).

Dipolos instantneos

Atraccinelectrstatica

Atomo de He 1 Atomo de He 2


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Un dipolo instantneo puede inducir otro dipolo instantneoen una molcula (o tomo) adyacente.

Mientras ms grande es un tomo o molcula, mayorprobabilidad habr de que se formen dipolos instantneosfuerzas de London ms intensas entre la molculas.

Puntos de ebullicin de los halgenos y los gases nobles.


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Las fuerzas de London existen en todas las molculas, perocon diferentes intensidades.

Las fuerzas de London entremolculas esfricas van aser ms dbiles que aquellasentre molculas alargadas.

Mientras mayor es el reamolecular expuesta, mayor

ser la intensidad de lasfuerzas de London.

n-pentanoTeb = 309.4 K(36.4C) Neopentano

Teb = 282.7 K(9.7C) Dr. Antonio Buljan

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Puentes de hidrgeno:

Son un tipo especial de fuerzas dipolo-dipolo, anormalmenteintensas.


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17 Dr. Antonio BuljanUnidad 8 530.141

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1.- Mencione los tipos de fuerzas intermoleculares que hayentre las molculas (o unidades bsicas) de las siguientesespecies: (a) C6H6, (b) CH3Cl, (c) PF3, (d) CS2.

2.- Cules de las siguientes especies son capaces de unirseentre s por medio de enlaces de hidrgeno?(a) C2H6, (b) HI, (c) BeH2, (d) CH3COOH, (e) H2O2.

3.- Diga cual de los siguientes pares de substancias, tiene unpunto de ebullicin ms alto: (a) Ne o Xe, (b) CO2 o CS2,(c) CH4 o Cl2 , (d) NH3 o PH3.


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4.- Cual de las siguientes substancias tiene mayorpolarizabilidad? CH4, H2, CCl4, SF6, H2S.

5.- Explique la diferencia entre los puntos de fusin de lossiguientes compuestos (45C y 115C respectivamente:

NO 2

OH

NO 2HO


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8.3. Propiedades de los Lquidos.

Existen dos propiedades fsicas de los lquidos estndeterminadas directamente por las fuerzas intermoleculares.

Tensin Superficial. Las molculas en el seno del lquido

presentan atracciones iguales en todaslas direcciones.

Efectos de esta fuerza:

Las molculas se empaquetan

ms juntas.


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Lquido con tensinsuperficial pequea.(p. ej.: acetona)

Lquido con tensinsuperficial grande.(p. ej.: agua)


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En este fenmeno aparecen dos tipos de fuerzas:

Fuerzas de cohesin (F.c.): Fuerzas de adhesin (F.a.):

Estas fuerzas explican la aparicin de un menisco cuandocolocamos un lquido en un tubo de vidrio.

H2O Hg

En el agua:

F.c. < F.a.

En el Hg

F.c. > F.a.

(El H2O trepa porlas paredes del tubo)


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Capilaridad: Este es un caso especial de tensin superficial.

Dado que F.a. > F.c., el lquidosube por el tubo hasta que la F.a. seequilibran con la fuerza de gravedadsobre el lquido.


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Viscosidad.

La viscosidad se relaciona con la facilidad con que lasmolculas individuales del lquido pueden moverse unas

con respecto a otras. De este modelo se ve que laviscosidad depende de:

Las caractersticas estructurales de

las molculas (si hay cadenas largas,stas tienden a enredarse)


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6.-.Porque la viscosidad de un lquido disminuye con elaumento de la temperatura? Mencione un ejemplo cotidianodonde se observa claramente este fenmeno.


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8.4. Estructura y Propiedades del Agua.

El agua es la sustancia lquida ms abundante en la cortezaterrestre.

Es imprescindible para los procesos bioqumicos.

Tiene un calor especfico elevado.

Luego, una cierta cantidad de agua puede absorber muchocalor, sin subir mucho la T excelente refrigerante.


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Esto se debe a la forma en como se organizan las molculasen el hielo.

Luego, dhielo < 1.000 g/mL

En el agua, las molculas estn ms empaquetadas que enel hielo.


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8.5. Estructura y Propiedades de los Slidos.

Slidoscristalinos

amorfos

Slidos cristalinos:

100 Se observa elmismoordenamiento.


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La forma en como se ordenan las molculas, iones otomos es tal que se maximizan las fuerzas intermolecularesatractivas y se minimizan las fuerzas intermoleculares

repulsivas.

Slidos amorfos:


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Celda unitaria Arreglo 3D del cristal

Punto

reticular.

Punto reticular:


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Difraccin de Rayos X: Esta tcnica permite averiguar laforma en que se ordenan los tomos en un slido cristalino.

Pantalla deplomo

Lmpara de rayos Xde 10000-40000 V

La distribucin de los puntos en la

fotografa est relacionada geomtrica-mente con la posicin de los tomosen el cristal.

monocristal


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8.6. Tipos de Slidos Cristalinos.

Cristales Inicos

Estn formados por especiescargadas (cationes y aniones).

El tamao de los aniones y cationes que forman el cristal vaa determinar el tipo de ordenamiento de los iones.

+ +

+ +

+ +

+ +


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Estructura cristalina de algunos compuestos inicos concelda unitaria cbica.

CaF2

ZnS

CsCl


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Sin embargo, al fundir un slido inico, el fundido si conducela electricidad (sopa de ionesen movimiento).

Algunas propiedades de los cristales inicos:


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Porque los cristales inicos son frgiles?

El cristal se rompe!Dr. Antonio BuljanUnidad 8 530.141

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Cristales Covalentes Reticulares.

En estos cristales los tomos se mantienen unidos porenlaces covalentes formando un arreglo 3D.Ej.: C(diamante), , SiC, SiO2, GaAs.

Diamante

Estas dos factores hacen que eldiamante sea muy duro y con pto. defusin muy alto (3550C)


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Propiedades generales de los cristales covalentesreticulares:

Otros ejemplos de cristales covalentes reticulares:

GaAs SiO2 Dr. Antonio BuljanUnidad 8 530.141

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Cristales Covalentes Moleculares.

CO2(s) SF6(s)

Otros ejemplos:

H2O(s), hielo Azucar, C12H22O11(s)

Naftaleno (C10H8) Aspirina,C6H4(OCOCH3)COOH


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3.35

EspaciodevdW

Grafito

Cada C tiene unEntorno plano trigonalcon un enlace dobledeslocalizado.

Las capas se mantienen unidas por fuerzas de vdW(dispersin)

Las capas se pueden deslizar entre si el grafito tieneuna textura grasosa (se usa como lubricante no lquido).

Un caso especial: El grafito.

C


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Cristales Metlicos.

Son los cristales con la estructura cristalina ms simples. Los tomos se encuentran altamente empaquetados la densidad de los metales es alta.

Este modelo explica:


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Slidos amorfos (no cristalinos).

Se forman cuando un lquido sedeja enfriar rpidamente(evitando la cristalizacin).

Ej.: Vidrio comn:75% SiO2 + 15% Na2CO3 + 10% CaCO3Pyrex: 60-80% SiO2, 10-25% B2O3, 5% Al2O3Vidrio de cuarzo: 100% SiO2 (transparente al UV)


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Todos loselementosmetlicos.

De blandos a muyduros, puntos defusin bajos y altos,muy buenaconductividadtrmica y elctrica

EnlacesmetlicostomosmetlicosMetlico

NaCl, Ca(NO3)2Duros y quebradizos,altos puntos defusin, bajaconductividadtrmica y elctrica

Atraccioneselectrostticas.

Cationes yaniones

Inico

C, SiO2, SiCMuy duros, puntos defusin altos, bajaconductividadtrmica y elctrica

Enlacescovalentes.

tomosconectadosen una redde enlacescovalentes.

Covalentereticular

Ar, CH4,C12H22O11,

CO2

Blandos, puntos defusin bajos amoderados, bajaconductividadtrmica y elctrica.

Dispersion,dipolo-dipolo,puentes de H

tomos omolculas

Covalentemolecular.

EjemplosPropiedadesFuerzas entrelas E.E.

E.E.bsicas.

Tipo deSlido


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8.7. Cambios de Fase.

Enfriamiento ocompresin

Calentamientoo reduccin dela presin.

enfriamiento

calentamiento

Como sabemos, un estado de agregacin de la materiapuede convertirse en otro, alterando convenientementelas condiciones de P y T.


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En algunos casos, puede ocurrir que coexistan dos estadosde agregacin de una misma sustancia en equilibrio

Ej: H2O(l) y H2O(s)

H2O(l)

H2O(s)


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Equilibrio Lquido-Vapor. Si se calienta un lquido, sus molculas aumentan su EK.

EK

Fraccind

e

partculas

Estas molculas comienzan aescapar de la fase lquida.


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Presin de vapor (Pv): Cuando un lquido se evapora, su vapor ejerce una ciertapresin (llamada presin de vapor).

La presin de vapor (Pv) se mide una vezalcanzado el equilibrio dinmico.


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Veamos los factores que afectan a la Pv de un lquido:

Manmetrode Hg

Pv dellquido

La Pv esindep.del Vliq.

La Pv esindep.del Vgas.

La Pvdependede la T delliq.


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7.- Una madre pone a secar ropa debajo de la estufa a leaen una casa pequea que tiene todas sus ventanascompletamente cerradas. Al principio se secan algunasprendas, pero luego, las prendas ms grandes no se secan,

a pesar de que han estado un tiempo largo arriba de la estufa.Explique que est sucediendo con el secado de la ropa.Qu aspecto presentan las ventanas de la casa?


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La presin de vapor de un lquido aumenta con la temperatura.

Patm


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De la grfica Pv vs. T se ve que la Pv aumenta con la T.

Si la Pv de un lquido es igual a la Pexterna, el lquido ebulle.

Ej.: Para el H2O(l), a 100C, Pv = 1 atm. (Pto. normal de ebullicin)

Sin embargo, si la Pext = 0.5 atm Teb. = 82C

Para el caso de un lquido que est siendo calentado en unrecipiente abierto, este ebullir cuando la Pv = Patm del momento.


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Calor molar de vaporizacin y punto de ebullicin.

Se def. el calor molar de vaporizacin (Hvap) como la energanecesaria para vaporizar 1 mol de una sustancia lquida.

La relacin entre la Pv de un lquido y la T est dada por ec.de Clapeyron-Clausius:


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La ec. de Clapeyron-Clausius se puede manipular paradeterminar la Pv a diferentes T.


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Algunas entalpas de Vaporizacin a 298K


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8.- La presin de vapor del benceno, C6H6, es 40.1 mmHg a7.6C, Cul es la presin de vapor de este lquido a 55.7C?Dato: Hvap(C6H6) = 31.0 kJ/mol.

9.- Estime el calor molar de vaporizacin de un lquido cuyapresin de vapor se duplica cuando la temperatura se eleva de85C a 95C.

10.- Una muestra de agua de 1.20 g se inyecta en un matrazal vacio con V = 5.00 L a una temperatura de 65CQue porcentaje del agua se convertir en vapor cuando elsistema alcance el equilibrio. Suponga que el vapor de agua

tiene un comportamiento ideal y que el volumen del agua lquidaes despreciable.Dato: Pv(H2O) = 187.5 mmHg (a 65C).


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Temperatura y Presin Crtica

Existen dos formas de licuar un gas

Obviamente, aumentando T y disminuyendo P, un lquido

se evapora (proceso inverso). Toda sustancia tiene una Temperatura Crtica (Tc).


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La Tc es un reflejo de la intensidad de las F. Intermolecs. Enuna sustancia.

Ej. H2O Tc = 647.6 K (Pc = 217.7 atm)

Ej. CO2 Tc = 304.3 K (Pc = 73.0 atm)


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Equilibrio Slido-Lquido.

Ej.: H2O(s) H2O(l)

En el agua, esteequilibrio dinmicose alcanza a 0C


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Para estudiar los procesos de fusin se utiliza una tcnicallamada anlisis trmico diferencial.

Las mesetas en la grfica se

deben a que cuando ocurre uncambio de fase, el sistemaabsorbe calor slo para romperF. Intermolecs., pero no paraaumentar la EK molecular.Luego, durante un cambio defase, la T se mantieneconstante.

Termograma para el agua


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Hfus < Hvap: Esto se debe a que para llevar un lquido agas, es necesario romper todaslas F. Intermolecs. en lasustancia.

Equilibrio Slido-Vapor

Los slidos tambin pueden evaporarse poseen Pvapor

Luego, puede establecerse el sgte. equilibrio dinmico:

Ej.: Naftaleno (C10H8), I2(s).

En general Pvaporde un slido es

muy pequea.


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Utilizando la ley de Hess es posible demostrar que:

Hsubl. = Hfus. + Hvap.

RESUMIENDO:


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Del cuadro-resumen se observa que:

La secuencia:

Gascaliente

Slidocaliente

fusin Lquidocaliente

vaporizacin

En cambio, la secuencia:

Gasfrio

condensacin Lquidofrio

solificacin SlidofrioHsolidif.< 0

Hfus.> 0 Hvap.> 0

Hcondens.< 0

Adems:

slidocaliente

sublimacin gascalienteHsublim. > 0

gasfrio

deposicin SlidofrioHdeposic.< 0


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11.- Cuanto calor (en kJ) se necesita para convertir 1500 gde hielo a -5C en vapor a 115C?Datos: c

esp

(hielo)= 2.03 J/gC, cesp

(agua)= 4.184 J/gC,cesp(vapor)= 1.99 J/gC,Hfusin(H2O) = 6.01 kJ/mol,Hvaporizacin(H2O) = 40.79 kJ/mol


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8.8. Diagramas de Fases del Agua y CO2.

Temperatura

Presin


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Luego, dada una T y P, consultando el diagrama podemosver en que estado (o estados) se encuentra la sustancia.

Caractersticas de un diagrama de fases:

Punto triple:

Zona de fase pura:

Zona de transicin de fase:

Lnea de equilibrio lquido vapor:


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Punto crtico:

Punto de fusin y ebullicin normal:

Lnea de equilibrio slido-lquido o curva del punto defusin:

Lnea de equilibrio slido-vapor:


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Diagrama de fases del H2O

100 3740 0.0098

Temperatura (C)

Presin

La curva del punto de fusintiene pendiente negativadebido a que el hielo es menosdenso que el agua.

El punto triple (A) se presen-ta a 0.0098C y 4.58 mmHg

El punto de fusin (solidifi-cacin) normal (B) es a 0C

El punto de ebullicinnormal (C) es a 100C.

El punto critico (D) se

presenta a 374C y 218 atm.


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Diagrama de fases del CO2

El punto triple (X) sepresenta a -56.4C y5.11 atm.

El punto normal de

sublimacin (Y) se presentaa -78.5C. (A 1 atm, el CO2sublima, no funde)

El punto crtico sepresenta a 31.1C y73 atm.


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13.- Utilizando el diagrama de fases del agua explique porque estan fcil patinar sobre hielo.

12.- A continuacin se muestra el diagrama de fases del agua.Rotule las regiones y prediga lo que sucede cuando: (a) a partirde A la temperatura se eleva a P constante, (b) a partir de C, latemperatura se reduce a P constante, (c) a partir de B, lapresin se reduce a T constante.

P

T

A

B

C


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8.9. Propiedades Fsicas de las Disoluciones:Tipos de Disoluciones.

Disolucin:

Esta definicin es completamente general y no considera losestados de agregacin de los componentes ni de ladisolucin.

DisolucinSoluto

Disolvente

Est en menor cantidad y se dice que est

disuelto en la disolucin.

Est en mayor cantidad y determina elestado de agregacin que presentar ladisolucin


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Bronce (Cu/Zn)SlidoSlido

NaCl en aguaLquidoSlido

Etanol en aguaLquidoLquido

H2(g) en paladioSlidoGas

Bebidas gaseosas(CO2 en agua)

LquidoGas

Aire (N2+O2)GasGas

EjemplosEstado de laSolucin

Resultante

Componente 2Componente 1


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En este captulo nos centraremos en las disoluciones enestado lquido y en la mayora de los casos, el disolvente seragua.

Una disolucin tambin se puede caracterizar por sucapacidad para disolver ms soluto.

Disolucin saturada:


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Disolucin no-saturada o insaturada:

Disolucin sobresaturada:


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Si el soluto es un slido, cuando este se separa de ladisolucin (debido a una baja de la temperatura) se formancristales.

Se baja la T

Este proceso es distinto al proceso de precipitacin.

Los precitados estn formados por partculas muy pequeas(amorfas), en cambio los cristales son ms grandes y conforma definida.


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12.2. El proceso de disolucin a nivel atmico-molecular.

En este proceso intervienen tres tipos de interaccionesintermoleculares:

P.Ej.: La disolucin del NaCl (soluto) en agua (disolvente) Los puentes de H del agua deben romperse.

El NaCl disocia en Na+ y Cl

Las fuerzas ion-dipolo forman Na+(-)OH2 y Cl(+)H2O

Se dice que los iones estn solvatados por las molculas dedisolvente. Cuando el disolvente es agua, decimos que los iones estnhidratados.


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Posibles estructuras moleculares para los iones hidratados:[Na(H2O)6]+ y [Cl(H2O)6]


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Los cristales covalentes moleculares que presentan fuerzasde dispersin o puentes de hidrogeno, se disuelven en

disolventes que presentan fuerzas intermoleculares similares.P.ej.:

C

O

H2N NH2

Naftaleno es un slido apolar(F. de dispersin).El naftaleno es soluble en benceno,un solvente apolar

La urea es un slido que presenta puentes dehidrgeno, y es soluble en agua (p. de hidrgeno)

Regla:


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Cambios energticos en la formacin de una disolucin

Para estudiar o entender los cambios entlpicos involucradosen la formacin de una disolucin, podemos descomponereste proceso en tres pasos hipotticos, cuyos H son fciles

de entender:

Luego, se define el cambio entlpico asociado al proceso dedisolucin como:

El Hdisol. puede ser positivo o negativo dependiendo de lamagnitud de las fuerzas intermoleculares involucradas.


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Obs: si el soluto es uncompuesto inico, H1se denominaenerga reticular (U)


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H1 y H2 son siempre positivos.

H3 es siempre negativo.

Para determinar si Hdisol. ser positivo o negativo debemos

considerar la magnitud de todas las interacciones presentes

Luego, las dos posibilidades son:


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disolucin

soluto + disolvente

partculas dedisolvente + soluto

separadas

partculas de partculas deDisolvente + solutoseparadas separadas

H1 > 0

H2 > 0

H3 < 0

Hdisol. < 0

Proceso netoExotrmico.

En este caso se tiene que lasinteracciones soluto-disolvente son

ms fuertes que la suma de lasinteracciones soluto-soluto ydisolvente-disolvente.

Luego, el Hdisol. < 0

Ej.: NaOH cuando sedisuelve en agua, tiene un

Hdisol.= -44.48 kJ/mol.


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Soluto + Disolvente

Disolucin

partculas dedisolvente + soluto

separadas

partculas de partculas deDisolvente + solutoseparadas separadas

H1 > 0

H2 > 0

H3 < 0

Hdisol. > 0

Proceso netoEndotrmico.

En este caso se tiene que lasinteracciones soluto-disolvente sonms dbiles que la suma de lasinteracciones soluto-soluto ydisolvente-disolvente.

Luego, el Hdisol. > 0

Ej.: El NH4NO3 cuando sedisuelve en agua tiene unHdisol.= + 26.4 kJ/mol


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En ambos casos el proceso es favorable, ya que lossistemas de este tipo tienen una tendencia natural a aumentarsu desorden.

Ej.: NaCl (ion-ion) en gasolina (dipolo-dipolo, F. dispersin).En este caso, las fuerzas ion-dipolo son muy dbiles, luegoestas no compensan energticamente la separacin delos iones.


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Soluciones lquido-lquido

Cuando dos lquidos son completamente solubles entre si encualquier proporcin se dice que son miscibles.

Ejs.: H2O y CH3CH2OH (etanol)

Regla:

Otro ejemplo: C6H6 y C6H5CH3 En ambos se tiene fuerzasde dispersin de intensidadsimilares.

benceno tolueno


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16.- El amoniaco (NH3) es muy soluble en agua, pero el NCl3no lo es. Explique porqu.

14.- Explique porqu el etanol (CH3CH2OH) no es soluble enbenceno (C6H6).

15.- Cual de los siguientes solventes disolver mejor el I2?CCl4 o H2O?Qu tipo de fuerzas de manifiestan cuando se disuelve elI2 en H2O?


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12.3. Efecto de la Temperatura en la Solubilidad.

Solubilidad:

La solubilidad siempredepende de la T delsistema.

Estas curvas son netamenteexperimentales y no haypara stas una explicacin

clara o definitiva a nivelatmico o termodinmico.


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50

100

150

Solubilidad(gsoluto/100gH2O)

0 20 40 60 80 100Temperatura C

DisolucinInsaturada

Disolucinsaturada

Se tiene una disolucin de una salque contiene 120 g sal / 100 g H2Oa una temperatura superior a 80C disolucin insaturada.

Si la disolucin se enfra a unaT = 80C se tiene un sistemasaturado que a punto de cristalizar.

Si la disolucin se sigue enfriandocomienza la cristalizacin del solutoy se tiene dos fases (cristales+disol.saturada).

Si el enfriamiento se detiene a 53C,se tiene una disol. saturada conuna concentracin de90 g sal / 100 g H2O.

DisolucinSaturada +Cristales


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17.- La solubilidad del KNO3 es de 155 g por 100 g de H2Oa 75C y de 38 g a 25C. Cual es la masa de KNO3 que

cristalizar al enfriar exactamente 100 g de solucin saturadade 75C a 25C?


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Cuando se calienta agua, a 80C seforman pequeas burbujas en lasparedes del vaso.Este es el O2 disuelto que comienza asalir desde la fase lquida debido alaumento de la temperatura.

Solubilidad de los Gases


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12.4. Efecto de la Presin en la Solubilidad de los Gases.

La solubilidad de un gas en un lquido es proporcional a lapresin del gas sobre la disolucin (ley de Henry).

C :Pgas :k :


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18.- Cual ser la concentracin de O2 a 25C en agua la cualest saturada con aire a una presin atmosfrica de645 mmHg?Datos: k = 3.5 10-4 mol/atm L, XO2 en el aire = 0.209.


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12.5. Propiedades Coligativas en Disoluciones deno-Electrolitos.

Propiedades Coligativas:

Disminucin de la presin de vapor.

Elevacin del punto de ebullicin

Disminucin del punto de congelamiento.

Disminucin de la presin osmtica.

Di i i d l i d


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Disminucin de la presin de vapor.

Pvapor disolvente Pvapor disolucin


94

P1:

X1::01P

Forma matemtica de la ley de Raoult:


95

Qu sucede si los dos componentes de una disolucin sonvoltiles?

En este caso, la ley de Raoult toma la sgte. forma:

BA,P :

0BA,P :

XA, B:

Luego, la presin de vapor total de la disolucin estar dadapor la Ley de Dalton:


96

Ej: Disoluciones de Benceno-Tolueno.

Variacin de las presionesparciales de benceno ytolueno en funcin de lafraccin molar de benceno.

0BencenoP

0ToluenoP

200

400

600

800

Ptolueno

PT

=Pbe

ncen

o+P

tolu

eno

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

T = 80C

P benc

enoP

resin(mmHg)

Xbenceno

D f d l d l di l i


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Desafortunadamente, la mayora de las disoluciones sonno-ideales.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Presin

XA

PT

PA

PB

Desviacin positiva(PTreal > PTcalc.)

Las fuerzas A-B son ms dbilesque las fuerzas A-A y B-B.

Las molculas tienen mayorTendencia a escapar de la disolucin


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0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Presin

XA

PT

PA

PB

Desviacin negativa

(PTreal < PTcalc.)

Las fuerzas A-B son ms fuertesque las fuerzas A-A y B-B.

Las molculas tienen menortendencia a escapar de ladisolucin


99

19.- Calcule la disminucin de la presin de vapor, P, cuando0.0 mL de glicerol (C3H8O3) se adicionan a 500.0 mL de aguaa 50C. A esta temperatura, la presin de vapor del agua puraes de 92.5 Torr y su densidad es de 0.988 g/mL.La densidad del glicerol es de 1.26 g/mL y su volatilidad a

esta temperatura es casi nula.

20.- Una mezcla de etanol (CH3CH2OH) y 1-propanol(CH3CH2CH2OH) a 36C se comporta de manera ideal y esten equilibrio con su vapor. Si la fraccin molar de etanol en lasolucin es 0.62, calcule su fraccin molar en la fase vapor aesta temperatura. Datos: Las presiones de vapor del etanol y1-propanol puros a 36C, son 108 mmHg y 40.0 mmHg,respectivamente.


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21.- Un rio est contaminado con 0.75 mg/L de dicloroetileno(C2H2Cl2). Cual es la concentracin de dicloroetileno(en ng/L) a 21C en el aire que respiran las personas que seencuentren sentadas en la rivera del rio?

Datos: k= 0.033 mol/atmL.

Elevacin del punto de ebullicin y disminucin del punto


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Elevacin del punto de ebullicin y disminucin del puntode fusin. Cuando una disolucin ebulle Pvapor de la disol. = PatmSi la presencia de un soluto no volatil, disminuye la Pvapor dela disol. tambin deber verse afectada su Tebull. y su Tfusin.

Tf Tb

Slido

Lquido

Vapor

Presin

1 atm

Tcdisol. Tcagua Tbdisol.Tbagua

Agua

Disolucin

Dado que la Pvapor de una disolucinsiempre ser menor que la Pvapor deldisolvente puro, la linea de equilibriolquido-vapor se ver desplazadahacia abajo.

Diagrama de fases del agua y de una disolucinacuosa de un soluto no-volatil


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En el grfico se observa que T de ebullicin de la disolucin(Tb) es mayor que la T ebullicin del disolvente puro (T0b)

Kb:


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De la misma grfica, podemos ver la T de fusin de ladisolucin (Tf) es menor que la T de fusin del disolvente puro(T0f).

Kf:


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Constantes molales de elevacin del pto de ebullicin y dedisminucin del pto. de fusin de varios lquidos.

2.7980.720.06.6Ciclohexano

2.93117.93.9016.6Acidoactico

1.2278.41.99-117.3Etanol

2.5380.15.125.5Benceno0.521001.860Agua

Kb (C/m)Punto deebullicinnormal (C)

Kf (C/m)Punto decongelacinnormal(C)*

Disolvente

* Medido a 1 atm

Di i i d l i ti


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22.-. Cual es el punto de congelacin de una disolucin acuosade urea 0.111m? (Kf = 1.86C/m)

23.- Cual es el punto de ebullicin de una disolucin acuosa de

lactosa 0.200m? (Kb = 0.512C/m)

24.- Cual es la masa mnima de etilenglicol (C2H6O2) que debedisolverse en 14.5 kg de H2O para prevenir que la disolucin secongele a -23.34C?

25.- Se disuelven 2.50 g de un compuesto cuya formula empricaes C6H5P en 25.0 g de benceno. Dicha disolucin congela a4.3C. Calcule la masa molar del soluto y su frmula molecular.


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Disminucin de la presin osmtica.

Muchos procesos qumicos y biolgicos dependen de lasmosis.

smosis:

Membrana semipermeable:

El movimiento molecular (a travs de la membrana) es en

ambas direcciones. Sin embargo, solo ciertas molculas logranpasar por la membrana.


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Disolucinconcentrada

Disolucindiluida

Membranasemipermeable.

Eventualmente la diferencia de presin entre las doscolumnas de lquido detiene la smosis.

: presin osmtica.

La presin osmtica ()


108

c:

R:

T:

:

Disol. de c1 Disol. de c2c1 > c2

1>

2

i U li i i


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Membranasemipermeable

Agua

pura

Agua de

mar

smosis reversa: Una aplicacin prctica.

Consiste en aplicacin de una presin sobre la disolucinms concentrada de forma que las molculas de disolvente(agua pura) son forzadas a migrar hacia la disolucin msdiluida.


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Otros fenmenos comunes donde hay smosis:

Un pepino sumergido en una disolucin de NaCl, pierdeagua y se encoje convirtindose en un pickle.

Una zanahoria mustia si se sumerge en agua, se volverms firme debido a que el agua entra va smosis.

El consumo de alimentos muy salados produce retencinde agua e hinchazn de los tejidos (edema).

El agua dentro de las plantas se mueve por capilaridad ypor smosis.

La sal adicionada a la carne o el azcar adicionada a las

frutas previene la proliferacin bacteriana, debido a que estossolutos hacen que las bacterias pierdan agua por smosis ymueran (crenacin).


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25.- Cual es la de una solucin de sacarosa0.884 mol/L a 16C?


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12.6. Propiedades Coligativas en Disoluciones deElectrolitos.

Las propiedades coligativas de los electrolitos son distintasa las de los no-electrolitos debido a la disociacin de losprimeros.

Ej. C6H12O6(s) C6H12O6(s)H2O

0.1m0.1m

NaCl(s) Na+(ac) + Cl(ac)H2O

CaCl2(s) Ca2+(ac) + 2Cl(ac)H2O

En vista de esto las expresiones para las propiedades Sin embargo las props coligati as de las disol ciones inicas


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En vista de esto, las expresiones para las propiedadescoligativas deben modificarse, de modo que incluyan ladisociacin inica.

i: factor de vant Hoff.

i =Nro. Real de partculas disueltas en la disolucin

Nro. de unidades frmula disueltas inicialmente.

Para un no-electrolito:

Para electrolitos fuertes:


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Sin embargo, las props. coligativas de las disoluciones inicasson un poco ms pequeas de lo esperado debido a que aconcentraciones altas aparecen pares inicos.

()

(+)

Disolucin diluida

(+)

(+)

()

()

Disolucin concentrada

()

(+)(+)

(+)

()

()() (+)

() (+)

() (+)

Paresinicos


115

La presencia de pares inicos reduce el nmero real departculas en la disolucin y por ende las propiedadescoligativas observadas.

Factor de Vant Hoff de Disoluciones 0.0500 molL-1 de electrlitos a 25C

4.03.4FeCl3

3.02.7MgCl2

2.01.3MgSO4

2.01.9NaCl

2.01.9HCl

1.01.0Sacarosa*

i (calculado)i (medido)Electrlito

* La sacarosa no es un electrlito, pero se incluye para fines comparativos.Dr. Antonio BuljanUnidad 8 530.141

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26.- La presin osmtica de una disolucin 0.010 mol/L de KIes 0.465 atm. Calcule el factor de van't Hoff para el KI aesta concentracin.

27.- Una solucin de NaCl al 0.86% en masa se denomina"suero fisiolgico", debido a que su presin osmtica es iguala la de la solucin de las celulas sanguneas. Calcule la presinosmtica de esta solucin a la temperatura normal del cuerpo(37C). Datos: Densidad de la solucin de NaCl 1.005 g/mL.Suponga que no se forman pares inicos.


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FINUNIDAD 8

Unidad 8fuerzas Intermoleculares

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