Líquidos y fuerzas intermoleculares PDF

## Líquidos y fuerzas intermoleculares - Las fuerzas **intermoleculares** son las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas dentro de un líquido. - Estas fuerzas son más débiles que los enlaces covalentes o iónicos que mantienen unidas a las moléculas, pero son lo suficientemente fuertes...

## Líquidos y fuerzas intermoleculares - Las fuerzas **intermoleculares** son las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas dentro de un líquido. - Estas fuerzas son más débiles que los enlaces covalentes o iónicos que mantienen unidas a las moléculas, pero son lo suficientemente fuertes como para mantenerlas juntas en una fase líquida. - Comprensión de la naturaleza y la intensidad de estas fuerzas permite entender cómo la composición y la estructura de una sustancia se relacionan con sus propiedades físicas en los estados líquido o sólido. ### Comparación molecular de los gases, líquidos y sólidos: **Propiedades características de los estados de la materia:** - **Gases:** - Adopta la forma de la parte del recipiente que ocupa. - No se expande para llenar el recipiente. - Es prácticamente incompresible. - Fluye con facilidad. - La difusión dentro de un líquido ocurre lentamente. - **Líquidos:** - Adopta tanto el volumen como la forma del recipiente que lo contiene. - Se expande hasta llenar su contenedor. - Es compresible. - Fluye con facilidad. - La difusión dentro de un gas ocurre con rapidez. - **Sólido:** - Mantiene su propia forma y volumen. - No se expande para llenar su recipiente. - Es prácticamente incompresible. - No fluye. - La difusión dentro de un sólido ocurre con extrema lentitud. * En un sólido los átomos pueden vibrar en su posición. Al aumentar la temperatura de un sólido, también se incrementa el movimiento vibracional. ### Fuerzas intermoleculares - Existen tres tipos: - Fuerzas de Van Der Waals - Dipolo-dipolo - Enlaces de hidrógeno - Las intensidades de las fuerzas intermoleculares en diferentes sustancias varían en gran medida, pero en general son mucho más débiles que las fuerzas intramoleculares (enlaces iónicos, metálicos o covalentes). Determinan las propiedades físicas. ### Fuerzas intramoleculares: - Mantienen unidos a los átomos dentro de una molécula. ### Fuerzas intermoleculares: - Son las fuerzas de atracción o repulsión que actúan entre las moléculas. #### Atracción intramolecular fuerte (enlace covalente) - H-Cl - H-Cl #### Atracción intermolecular débil - La fig. Muestra las fuerzas intermoleculares e intramoleculares. ### Tabla 11.2: Puntos de fusión y de ebullición de sustancias representativas | Fuerza que une a las partículas | Sustancia | Punto de fusión (K) | Punto de ebullición (K) | |---|---|---|---| | Enlaces químicos | | | | | Enlaces covalentes | Diamante (C) | 3800 | 4300 | | Enlaces metálicos | Berilio (Be) | 1560 | 2742 | | Enlaces iónicos | Fluoruro de litio (LiF) | 1118 | 1949 | | Fuerzas intermoleculares | | | | | Fuerza de dispersión | Nitrógeno (N₂) | 63 | 77 | | Fuerza dipolo-dipolo | Cloruro de hidrógeno (HCl) | 158 | 188 | | Fuerza de enlace de hidrógeno | Fluoruro de hidrógeno (HF) | 190 | 293 | ### Esquemas de partículas subatómicas - Átomo A - Átomo B - Átomo A - Átomo B - Átomo A - **Esquema de polarización:** - Átomo A - Átomo B - Átomo A - **Fuerza de Dispersión:** - Átomo A - Átomo B - Átomo A - Átomo B - 1. Átomo A y átomo B: Ambos átomos inicialmente tienen una distribución simétrica de sus electrones alrededor de sus núcleos. - 2. Átomo A y átomo B con distribución asimétrica: En un momento dado, los electrones en uno de los átomos (en este caso el B) puede estar más desplazados hacia un lado del átomo. Esto crea un dipolo momentáneo en el átomo B, con una región ligeramente negativa (donde hay más electrones) y una región ligeramente positiva (donde hay menos electrones). - 3. Atracción Electroestática: El dipolo instantáneo en el átomo B puede inducir un dipolo en el átomo A. Esto ocurre porque los electrones en el átomo A son repelidos por la región negativa del átomo B y son atraídos por la región positiva. - Así mismo ambos átomos se atraen electrostáticamente debido a estos dipolo inducido. ### Esquema de Polarización - Se muestra el proceso de formación de dipolos y fuerzas de dispersión de una manera más detallada. - 1. Dos átomos de helio sin polarización: Los átomos de He (o cualquier otro átomo en estado no polarizado) tienen una distribución uniforme de sus electrones alrededor del núcleo - 2. Dipolo instantáneo sobre el átomo: En un instante, la distribución de electrones en uno de los átomos de helio puede volverse asimétrica, creando un dipolo instantáneo. La región con más densidad electrónica será ligeramente negativa δ- y la región con menos densidad electrónica será ligeramente positiva δ+. - 3. Dipolo inducido sobre el átomo A: El dipolo instantáneo en el átomo B puede inducir un dipolo en el átomo A cercano. La atracción entra estas cargas parciales opuestas es lo que se conoce como fuerza de dispersión o fuerza de London. ### Fuerzas de Dispersión - **Origen y naturaleza:** - Interacciones electroestáticas en átomos/moléculas no polares: Aunque átomos y moléculas no polares son eléctricamente neutros, existen interacciones atractivas debido a las fuerzas de dispersión. - Propuesta de Fritz London (1930): Físico germano-estadounidense, fue el primero en proponer el origen de esta atracción. London observó que el movimiento de los electrones en un átomo o en una molécula puede crear un momento dipolar instantáneo o momentáneo. - Dipolos instantáneos: Es una distribución temporal y asimétrica de carga en una molécula o átomo, que ocurre debido al movimiento constante de los electrones. - Dipolos inducidos: Es una separación de carga que se produce en un átomo o molécula debido a la influencia de un campo eléctrico externo, como el de un dipolo cercano. Esto significa que la presencia de un dipolo (ya sea permanente o instantáneo) en una molécula puede inducir un dipolo en otro molécula átomo que, en condiciones normales, no tendria. - **Intensidad y factores determinantes:** - Polarización: La intensidad de la fuerza de dispersión depende de la facilidad con la que distribución de carga de una molécula pueda distorcionarse para inducir un dipolo momentáneo. Mayor polarizabilidad implica mayores fuerzas de dispersión. - Número de electrones y tamaño molecular: La polarización y, por ende, la fuerza de dispersión aumentan con el número y el tamaño del átomo o molécula - Masa molecular: Las fuerzas de dispersión tienden a aumentar con la masa molecular, elevando los puntos de ebullición de las sustancias. - Forma molecular: Las moléculas alargadas (como el n-pentano) tienen mayores fuerzas de dispersión debido a un mayor contacto intermolecular en comparación o esférica con las moléculas compactas (como el neopentano). - **Conceptos clave:** - **Fuerza de dispersión:** Tipo de fuerza intermolecular basada en dipolos instantáneos e inducidos. - **Polarización:** Capacidad de una molécula para tener su nube electrónica distorsionada. - **Influencia del tamaño y forma molecular:** Mayor tamaño y forma alargadas aumentan las fuerzas de dispersión y, consecuentemente, los puntos de ebullición. ### Enlaces de puente de hidrógeno - **Que son:** Son enlaces de hidrógeno son un tipo especial de interacción dipolo-dipolo. Son mucho más fuertes que las fuerzas dipolo-dipolo regulares debido a la alta electronegatividad de ciertos átomos (N, O, F) que se enlazan con el hidrógeno. - **Explicación de la imagen metano (CH₃OH) Y AGUA (H₂O):** - En el metanol, el hidrógeno está enlazado covalentemente al oxígeno, que es muy electronegativo. Esto crea una alta densidad de carga negativa alrededor del oxígeno y una carga parcial positiva en el hidrógeno. Este hidrógeno puede formar un puente de hidrógeno con un átomo de oxígeno en otra molécula de metanol o agua, que tiene un par de electrones no enlazantes disponible. - Este tipo de interacción es fundamental en muchas propiedades físicas, como la alta cohesión del agua y su punto de ebullición relativamente alto. ### Fuerzas dipolo-dipolo - **Que son:** Son interacciones que ocurren entre moléculas polares. Las moléculas polares tienen un momento dipolar permanente debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos que comparten la molécula, resultando en una distribución de cargas eléctricas (áreas de carga parcial positiva y negativa). - **Explicación de la imagen metanol y cloroformo (CH₃Cl):** - En la imagen, el metanol y el cloroformo están posicionados de manera que el hidrógeno del grupo OH del metanol (que es la región positiva) puede interactúar con la región negativa de los átomos de cloro en el cloroformo. - Esta interacción es significativa porque el metanol, siendo polar y capaz de formar enlaces de hidrógeno, puede interactúar con otras moléculas polares como el cloroformo, que también tiene un dipolo debido a sus átomos de cloro electronegativos. Esta atracción dipolo-dipolo contribuye a las propiedades físicas observadas cuando estos dos compuestos están mezclados, como cambios en la Solubilidad o el punto de ebullición de la mezcla. ### Dipolo-dipolo inducido - **Que son:** Estas son fuerzas ocurren cuando una molécula polar, que tiene un dipolo permanente, induce un dipolo en una molécula no polar cercana. Esto sucede debido a una distorción de la nube electrónica de la molécula no polar bajo la influencia del campo eléctrico generado por la molécula polar. - **Explicación de la imagen acetona (CH₃COCH₃) y hexano (CH₃(CH₂)₄CH₃):** - En la imagen, vemos la molécula de acetona (izq). La acetona es una molécula polar debido al grupo carboxilo (C=O) que tiene un dipolo permanente. El oxígeno es más electronegativo que el carbono, lo que significa que atraerá los electrones hacía sí mismo,creando una región de carga parcial negativa (δ-) alrededor del oxígeno y una región parcial positiva (δ+) alrededor del carbono. - A la derecha de la acetona, tenemos una molécula de hexano. El hexano es un hidrocarburo lineal, y es una molécula no polar debido a la distribución homogénea de sus átomos de Carbono e hidrógeno, que no crean diferencias significativas de electronegatividad en la molécula. - Cuando la molécula polar de acetona se acerca a la molécula no polar de hexano, el dipolo permanente de la acetona (debido a su grupo C=O) crea un campo eléctrico que distorciona la nube electrónica de la molécula de hexano. - Esta distorción hace que los electrones en la molécula de hexano se desplacen ligeramente, creando un dipolo inducido en el hexano. Por ejemplo, el lado de la molécula de hexano más cercano al oxígeno (con carga negativa de la acetona) se volverá ligeramente positivo, mientras que el lado más alejado se volverá ligeramente negativo. - Esta polarización temporal en la molécula de hexano genera una atracción electroestática entre el dipolo permanente de la acetona y el dipolo inducido del hexano. Aunque esta interacción es más débil que las fuerzas dipolo-diполо permanentes o los puentes de hidrógeno, es significativa y afecta las propiedades como la Solubilidad y la evaporación de las sustancias en mezclas. ### Dispersión - **Que son:** Las fuerzas de dispersión son un tipo de fuerza intermolecular que ocurre entre todas las moléculas, sean polares o no. Son causadas por fluctuaciones temporales en la distribución de electrones dentro de las moléculas, que crean dipolos instantáneos. Estos dipolos temporales pueden inducir dipolos en moléculas cercanas, resultando en una atracción mutua. - **Explicación de la imagen hexano (CH₃(CH₂)₄CH₃) y octano (CH₃(CH₂)₆CH₃)**: - En el caso de las moléculas de octano y hexano, aunque ambas son no polares y no tienen dipolos permanentes, las nubes electrónicas alrededor de estas moléculas pueden momentáneamente distribuirse de manera desigual. Esto crea un dipolo instantáneo en una molécula, que luego puede inducir un dipolo en una molécula vecina. - La imagen muestra dos moléculas no polares alineadas una al lado de la otra. El dipolo instantáneo de una molécula de octano induce un dipolo en una molécula de hexano vecina. Las flechas y los signos en la imagen indican los dipolos instantáneos y como se alinean temporalmente para causar una atracción entre las moléculas. - **Cómo entender las flechas y signos en la imagen.** - **Primera molécula (Octano):** - La imagen muestra un dipolo instantáneo en la molécula de octano donde la parte izquierda tiene una carga parcial positiva (δ+) y la parte derecha tiene una carga parcial negativa (δ-). Esto sugiere que los electrones se han desplazado hacia la derecha momentáneamente. - **Segunda molécula (Hexano):** - Debido a la proximidad con el dipolo instantáneo del octano, la molécula de hexano experimenta una inducción del dipolo. Es decir, la presencia del dipolo en el octano induce un dipolo similar en la molécula de hexano. - Como resultado, la parte del hexano más cercana al octano tendrá una carga parcial opuesta a la carga parcial más cercana del octano. Por ejemplo, si la parte del octano más cercana al hexano tiene un δ+, entonces el hexano desarrollará un δ- en el lado más cercano, y viceversa. - **London Disperstion Forces** - Aquí tienes una ilustración que muestra el concepto de fuerzas de dispersión de London entre dos moléculas no polares, como el octano y el hexano. La imagen muestra cómo se generan dipolos instantáneos y cómo estos inducen dipolos en moléculas vecinas, creando una atracción temporal entre ellas. ### Fuerzas dipolo-dipolo - La gráfica muestra cómo los puntos de ebullición de halógenos y gases nobles aumentan con la masa molecular. Este incremento se debe a las fuerzas de dispersión, que se intensifican a medida que crece la polarizabilidad de los átomos y moléculas más grandes. Esto requiere más energía para que cambien de fase, elevando así los puntos de ebullición. ### Fuerzas dipolo-dipolo - **Origen y naturaleza:** - Estas fuerzas surgen de las atracciones electrostáticas entre el extremo parcialmente positivo de una molécula polar y el extremo parcialmente negativo de una molécula vecina. - **También pueden ocurrir repulsiones cuando los extremos positivos (o negativos) de dos moléculas están muy cercanas.** - **Condiciónes:** Estas fuerzas solo son efectivas cuando las moléculas tienen mutua cercanía. ### Ejemplo comparativo - Para observar el efecto de las fuerzas dipolo-dipolo se pueden comparar los puntos de ebullición de dos compuestos con similar masa molar (MM). - **Acetonitrilo vs Propano:** - **Acetonitrilo:** Es una molécula polar con un momento dipolar de 3,9 D, lo que genera fuerzas dipolo-dipolo. Tiene un punto de ebullición de 355 K. - **Propano:** Es no polar, por lo que carece de fuerzas dipolo-dipolo. Su punto de ebullición es mucho más bajo, es de, 231 K. - Conclusión, a pesar de tener masas moleculares similares, el acetonitrilo tiene un punto de ebullición más alto debido a las fuerzas dipolo-dipolo. - Para comprender mejor estas fuerzas, considere cómo las moléculas de CH₃CN se juntan entre sí en los estados sólido y líquido. - A). En el sólido, las moléculas se estructuran con el extremo de nitrógeno negativamente cargado de cada molécula cercano a los extremos de CH positivamente cargados de sus vecinos. Formando una estructura ordenada... - B). En el líquido, las moléculas son libres para moverse entre sí, y su arreglo queda desordenado. ### Enlace de hidrógeno - Un enlace de hidrógeno es una atracción intermoleculares fuerte entre el átomo de hidrógeno en un enlace polar (especialmente: H-F, H-O, H-N) y un par de electrones no enlazantes en un átomo electronegativo cercano (F, O, N) en otra molécula. - **Para formar un enlace de hidrógeno, ¿qué debe tener el átomo no hidrogénico (N, O o F) implicado en el enlace?** - Enlace covalente, Enlace de hidrógeno, intramolecular intermolecular - **¿Qué necesita un átomo no hidrógeno (N, O, F) para formar un enlace de hidrógeno?** - Para formar un enlace de hidrógeno, el átomo no hidrógeno debe tener al menos un par de electrones libres. - **¿Por qué?** - El enlace de hidrógeno es una interacción electrostática se forma entre un átomo de hidrógeno (con carga parcial positivadebido a su unión con un átomo muy electronegativo) y un par de electrones libres en un átomo electronegativo (como el N, O, F) - El par de electrones libres actúa como un "receptor" : Atrae al hidrógeno con carga positiva, formando así el enlace. - **En resumen, el par de electrones libres en los átomos de N, O, Fes es escencial para la formación del enlace de hidrógeno. Esta interacción es fundamental para las propiedades de muchas sustancias, como el agua, los alcoholes y las proteínas.** - Los enlaces de hidrógeno pueden considerarse un tipo de atracción dipolo-dipolo. Debido a que N, O y F son muy electronegativos, un enlace entre el hidrógeno y cualquiera de estos tres elementos es muy polar, con el hidrógeno en el extremo positivo (recordar que el + a la derecha del símbolo dipolar representa el extremo positivo del dipolo): - N-H-O-H - F-H - El átomo de hidrógeno no tiene electrones internos. Así, el lado positivo del dipolo de enlace tiene la carga concentrada del núcleo de hidrógeno. Esta carga positiva es atraída hacia la carga negativa del átomo electronegativo de una molécula cercana. Como el hidrógeno es deficiente en electrones, y es muy pequeño, puede acercarse mucho a un átomo electronegativo e interactúa fuertemente con él. ### **Energía del enlace de hidrógeno** - Las energías de los enlaces de hidrógeno varían entre 5 KJ/mol y 25 KL/mol, con algunos casos aislados qué alcanzan hasta 100 KJ/mol. - Aunque son más débiles que los enlaces covalentes (150-1100 KJ/mol), los enlaces de hidrógeno son más fuertes que las fuerzas dipolo-dipolo o de dispersión. - Importancia en sistemas químicos y biológico - Los enlaces de hidrógeno estabilizan las estructuras de las proteínas y son fundamentales en la transmisión de la información genética en el ADN. - Una consecuencia notable del enlace de hidrógeno se observa al comparar las densidades del agua y el hielo. - Densidad del hielo vs agua - A 0°C, el hielo tiene una densidad de 0.97 g/mL y el agua líquida 100 g/mL, por lo que el hielo flota en el agua. - El hielo tiene una estructura abierta y ordena, óptimizando los enlaces de hidrógeno, lo que genera cavidades y una menor densidad. - Consecuencias del enlace de hidrógeno - El hielo flota en el agua, aislando las capas inferiores de los lagos en invierno, lo que permite la supervivencia de la vida acuática. - Si el hielo fuera más denso que el agua, el hielo formado en la superficie del lago se hundiría hasta el fondo y el lago se congelaría por completo. La mayor parte de la vida acuática no podría sobrevivir en tales condiciones. - La expansión del agua al congelarese puede fracturar tuberías en climas fríos y formar icebergs que flotan. ### **Fuerzas ion-dipolo** - Ocurren entre un ion y una molécula polar. Estas fuerzas son cruciales en disoluciones de sustancias iónicas en líquidos polares, como NaCl en agua. La atracción aumenta con 'la carga del ion y la magnitud del dipolo. ### **Comparación de fuerzas intermoleculares:** | Fuerzas intermoleculares | Concepto | |---|---| | Fuerza de Dispersión | Están presente en todas las sustancias. Su intensidad crece con la masa molecular y depende de la forma molecular. | | Fuerza dipolo-dipolo | Ocurren en moléculas polares, pero generalmente son menos significativas que las fuerzas de dispersión. | | Enlace de hidrógeno | Contribuyen de manera importante a la atracción intermolecular cuando están presente, con energías superiores a las dipolo-dipolo y de dispersión. | | Fuerzas ion-dipolo | Energías alrededor de 15 KJ/mol; importante en soluciones iónicas. | ### **Generalidades sobre fuerzas intermoleculares** - En sustancias con masas y formas moleculares similares, las diferencias en las fuerzas intermoleculares se deben a la polaridad y a la capacidad de formar enlaces de hidrógeno. - En sustancias con grandes diferencias en masa moleculares, las fuerzas de dispersión son más determinantes. - **Esta imagen es útil para determinar que tipo de fuerzas intermoleculares predominan en una sustancia específica, considerando su estructura molecular y la presencia de iones.** ### **Adición de fuerzas intermoléculares** - Se menciona qué las fuerzas intermoleculares no actúan de manera aislada, en lugar de eso, sus efectos se suman o son aditivos. Esto significa que la fuerza total de atracción entre las moléculas es el resultado combinado de todas las interacciones presentes, como fuerzas de dispersión, dipolo-dipolo y enlaces de hidrógeno. ### **Ejemplo entre el ácido acético y el 1-propanol** - El ácido acético y el 1-propanol tienen la misma masa molecular. - Ácido acético: Esta molécula puede formar 2 enlaces de hidrógeno con otras moléculas de ácido acético debido a que tiene tanto un grupo carboxilo (-COOH) como un hidrógeno ácido unido al oxígeno. Esto permite más fuerza interacción entre las moléculas, resultando en un punto de ebullición más alto. - 1-propanol: Esta molécula solo puede formar un enlace de hidrógeno por cada par de moléculas, ya que solo tiene un grupo hidróxilo (-OH) disponible para esta interacción. Por lo tanto, las interacciones intermoleculares son menos intensas comparadas con el ácido acético, lo que resulta en un punto de ebullición más bajo. ### Implicaciones para moléculas grandes como proteínas - Las proteínas, que son moléculas muy grandes y polares, tienen múltiples puntos donde pueden ocurrir interacciones dipolo-dipolo, Esto significa que las proteínas pueden mantenerse unidas en solución con bastante fuerza debido a la suma de estas múltiples interacciones, lo cual es crucial para la estabilidad y funcionalidad de las proteínas en sistemas biológicos. En conclusión, el texto resalta la importancia de entender cómo las fuerzas intermoleculares, aunque individuales. Se combinan para influir en las propiedades físicas de las sustancias como el punto de ebullición. La capacidad de las moléculas para formar múltiples enlaces de hidrógeno o interacciones dipolo-dipolo puede tener un gran impacto en estas propiedades. ### Propiedades de los líquidos - Las atracciones intermoleculares recién analizadas ayudan a comprender muchas propiedades conocidas en los líquidos. - **Viscosidad:** - **Definición:** Es la resistencia de un líquido a fluir. - **Medición:** La viscosidad se mide por el tiempo que tarda en fluir a través de un tubo delgado o la velocidad de caída la esfera de acero en el líquido. - **Factores que afectan la viscosidad:** - **Fuerza intermolecular:** cuanto más fuertes sean las fuerzas atractivas entre moléculas, mayor será la viscosidad. - **Configuración molecular:** Moléculas largas tienen a enredarse, aumentando la viscosidad. - **Masa molecular:** A mayor masa molecular, mayor viscosidad. - **Temperatura:** La viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura porque la mayor energía cinética supera más fácilmente las fuerzas intermoleculares. - **Unidades de medida:** La viscosidad se mide en Kg/m.S en el Sl. ### Tensión Superficial - **Definición:** La tensión superficial es la energía requerida para aumentar el área superficial de un líquido en una unidad de área. - **Causa:** La tensión superficial es el resultado de un desequilibrio de fuerzas intermoleculares en la superficie del líquido. Las moléculas en la superficie son atraídas hacia el interior, lo que reduce el área superficial. - **Comportamiento:** - **Formación de gotas:** Las gotas de agua tienden a adoptar una forma esférica debido a la alta tensión superficial, especialmente en superficies no polares. - **Medición:** La tensión superficial del agua a 20°C es de 729 × 10^2 J/m^2. El mercurio tiene una tensión superficial mayor debido a los enlaces metálicos entre átomo. - **Relación con las fuerzas intermoleculares:** La tensión superficial es alta cuando las fuerzas intermoleculares (como los enlaces de hidrógeno en el agua) son fuertes. - **Menisco del agua (izquierda)** - Forma: cóncavo (hacia abajo) - Fuerzas involucradas - Fuerzas de adhesión (H₂O-vidrio): Las moléculas de agua tienen una atracción significativa hacia las moléculas del vidrio. - Fuerza de cohesión (H₂O - H₂O) :Las moléculas de agua también están fuertemente atraídas entre sí. - Razón del menisco cóncavo: La adhesión entre las moléculas de agua y vidrio es mayor que la cohesión entre las moléculas de agua. Esto hace que las moléculas de agua en contacto con el vidrio se adhieran a la superfiecie del vidrio, creando una curvatura hacia abajo en el menisco. - **Menisco del mercurio (derecha):** - Forma del menisco: convexo (hacia arriba) - Fuerzas involucradas - Fuerzas de cohesión (Hg - Hg): Las moléculas de mercurio tiene una fuerte atracción entre sí. - Fuerzas de adhesión (Hg – vidrio): Las moléculas de mercurio no tienen adhieren tanto al vidrio. - Razón del menisco convexo: La cohesión entre las moléculas de mercurio es mayor que la adhesión con el vidrio. Esto provoca que las moléculas de mercurio se junten, evitando el contacto con el vidrio y formando una curvatura hacia arriba en el menisco. ### Acción capilar - Se refiere al ascenso de líquidos en tubos angostos debido a las fuerzas de adhesión y cohesión. - En tubos capilares, el agua asciende porque las fuerzas de adhesión entre el agua y el vidrio superan la tensión superficial y la gravedad. - Este fenómeno es especial en la naturaleza para que el agua y los nutrientes se muevan hacia arriba a través de las plantas. ### Cambio de fase - Los cambios de fase, son las transiciones de una sustancia entre los estados sólido, líquido y gas. - **Ejemplos de cambios de fase:** - **Vaporización:** proceso de un líquido pasa a gas. Es un proceso endotérmico. - **Condensación:** un gas pasa a líquido. Es un proceso exotérmico. - **Fusión:** de sólido a líquido. Es un proceso endotérmico. - **Congelación:** de líquido a sólido. Es un proceso exotérmico. - **Sublimación:** cambio directo de sólido a gas. Es un proceso endotérmico. - **Deposition:** cambio directo de gas a sólido. Es un proceso exotérmico. - **Los procesos endotérmico, requieren energía (calor). Los procesos exotérmico, liberan energía durante su ocurrencia.** ### Cambios de energía que acompañan a los cambios de fase - La gpráfica muestra los valores de calor de fusión, vaporizador y sublimación para varias sustancias. - Los valores de calor de vaporización, suelen ser mayor que los de calor de fusión debido a la necesidad de romper más interacciones en la transición de líquido a gas que en la de sólido a líquido. - **El calor de sublimación, es la suma del calor de fusión y el calor de vaporización, lo que refleja el total de energía necesaria para que una sustancia pase de sólido a gas.** ### Cambios de fase y energía - **Fusión (derretimiento):** Es el proceso mediante el cual un sólido se convierte en líquido. - **Energía asociada:** el calor de fusión (∆HFus) es la cantidad de energía necesaria para romper las fuerzas intermoleculares en un sólido y permitir que las partículas se muevan libremente en el estado líquido. - **Importancia:** Durante la fusión, las partículas se separan ligeramente, pero muchas interacciones intermoleculares aún permanecen. - **Vaporización (ebullición):** Es el proceso mediante un líquido se convierte en gas. - **Energía asociada:** el calor de vaporización (∆Hvap) es la energía requerida para convertir un líquido en gas. - **Importancia:** Este proceso requiere más energía que la fusión porque implica romper casi todas las interacciones intermoleculares, permitiendo que las partículas se separen considerablemente. - **Sublimación:** Es el proceso mediante el cual un sólido se convierte directamente en gas sin pasar por la fase líquida. - **Energía asociada:** El calor de sublimación (∆Hvap) es la energía requerida para que este cambio ocurra. - **Importancia:** Este proceso es una combinación de la energía necesaria para la fusión y la vaporización ### Ejemplos de cambio de fase en la vida cotidiana - **Fusión:** cuando utilizamos cubos de hielo para enfriar bebidas, el proceso de fusión (derretimiento) absorbe calor del líquido, enfriandolo. El calor de fusión del hielo es el que enfría la bebida. - **Vaporización:** Cuando salimos de una piscina fría o una ducha tibia, el agua que queda en nuestra piel se evapora. Este proceso de vaporización extrae calor de nuestro cuerpo, haciéndonos sentir frío. El cuerpo usa este mecanismo para regular la temperatura, especialmente durante el ejercicio en climas cálidos. - **Refrigeradores:** Un refrigerador utiliza el principio de vaporización para enfriar su interior. El refrigerante dentro del aparato se evapora. absorbiendo calor y, por lo tanto, enfriando el ambiente interno del refrigerador. ### Primera ley de la termodinámica y cambios de fase - **Liberación de calor:** De acuerdo con la primera ley de la termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Así, el calor absorbido por el refrigerante líquido cuando se evapora debe liberarse cuando ese gas se condensa de nuevos líquido. - **Condensación y calor:** Durante la condensación, el calor liberado es disipado a través de los tubos de enfriamiento en la parte posterior del refrigerador. Este calor tiene la misma magnitud que el calor absorbido durante la vaporización, pero con signo opuesto. ### Relación entre cambio de fase - **Condensación y vaporización:** El calor de condensación (exotérmico) es igual en magnitud, per opuesto en signo, al calor de vaporización (endotérmico). - **Sublimación y Deposición:** El calor de sublimación (endotérmico) es igual en magnitud, pero opuesto en signo, al calor de deposición (exotérmico). - **Fusión y Congelacion:** El calor de fusión (endotérmico) es igual en magnitud, pero opuesto en signo, al calor de congelación. En conclusión, estos procesos son ejemplos de como los cambios de fase involucran la transferencia de energía y como este principio se aplica en tecnologías y procesos cotidianos, como la regulación de la temperatura corporal y el funcionamiento de los refrigeradores. ### Curva de Calentamiento - La curva de Calentamiento, es una gráfica que muestra como la temperatura de una sustancia cambia en función del calor agregado. Este concepto se aplica a la transición de fases de una sustancia. - **Estructura del gráfico de una curva de calentamiento:** - 1. **Segmento AB (calentamiento del hielo):** En este segmento, el hielo (H₂O sólido) se calienta desde - 25°C hasta O°C. *Observación:* La temperatura del hielo aumenta linealmente con el calor agregado, indicando que todo el calor se usa para aumentar la energía cinética de las moléculas, lo que eleva la temperatura. CE del hielo: 2.03 J/g-k. - 2. **Segmento BC (fusión del hielo):** Aquí, la temperatura se mantiene constante en 0°C, mientras el hielo (H₂O sólida ) se convierte en agua líquida (H₂O líquida). *Observación:* Aunque se sigue agregando calor, la temperatura no cambia porque el calor se usa para romper las fuerzas intermoleculares en el hielo, permitiendo que las moléculas pasen de la fase sólida a la líquida. *Proceso:* Este es un cambio de fase (fusión), donde el calor de fusión(∆HFus) es absorbido sin un cambio en la temperatura. - 3. **Segmento CD (calentamiento del agua líquida)** En este tramo, el agua líquida (H₂O)se calienta desde 0°C hasta 100°C. *Observación:* La temperatura del agua aumenta linealmente con el calor agregado, lo que indica que todo el calor se usa para aumentar la energía cinética de las moléculas en el líquido. *Proceso:* Este es un proceso de calentamiento de una fase líquida, similar al segmento AB pero con un calor específico diferente (mayor al del hielo) CE: 4.18°J/g-K. - 4. **Segmento DF (vaporización del agua):** En este segmento, la temperatura se mantiene constante en 100°C mientras el agua líquida se convierte en vapor (H₂O gaseoso). *Observación:* Aunque se sigue agregando calor, la temperatura no cambia porque el calor se utiliza para vencer las fuerzas intermoleculares y convertir el líquido en gas. *Proceso:* Este es otro cambio de fase (vaporización), donde se absorbe el calor de vaporización (ΔΗναρ). - 5. **Segmento EF (calentamiento del vapor de agua):** En este último tramo, el vapor de agua (H₂Ogaseoso) se calienta desde 100°C hasta 125°C. ### **Ejemplo: Calcule el cambio de entalpía para convertir 1.00 mol de hielo a 25°C en vapor de agua a 125°C con una presión constante de 1 atm.** - Calores específicos suministrados por el problema: - Hielo = 2.03 J/g - K - Agua líquida = 4.18 J/g-K - Vapor de agua =1.84 J/g-K - Valores del cambio de entalpía: - ΔΗ= 6.01 kJ/mol - ΔΗ= 40.67 kJ/mol ### Superenfriamiento - El superenfriamiento es un fenómeno en el cual un líquido se enfría por debajo de su punto de congelación sin que se solidifique inmediatamente. - **Como ocurre:** Esto ocurre si el calor se elimina del líquido tan rápidamente que las moléculas no tienen tiempo suficiente para reorganizarse en una estructura ordenada, que es