Tema 14 - Estado sólido y líquido

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ESTADO SÓLIDO Y LÍQUIDO
QUÍMICA
ESTADO SÓLIDO
Es todo material que a temperatura ambiente adopta forma
y volumen definido, debido a que entre sus partículas com-
ponentes, la fuerza de cohesión es mayor que la fuerza de
repulsión.
I. OTRAS CARACTERÍSTICAS
• Son incompresibles y rígidos al calentarlos, la mayoría
de ellos se dilatan aumentando su volumen.
• Si se reduce bruscamente la temperatura en ellos,
 (T 70º C) cambiarán al estado ultrafrío.
• Sus partículas componentes solo poseen movimiento
vibratorio por lo que su difusión es muy lenta (en años)
o nula.
• Su entropía es muy baja.
II. CLASES DE SÓLIDOS
Pueden ser amorfos y cristalinos.
A. Sólidos amorfos
Son aquellos sólidos que en su estructura interna;
sus partículas no presentan una geometría definida,
por la presencia de impurezas; algunas las llaman
también "líquidos sobreenfriados".
Ejemplo:
El vidrio, brea, plásticos, etc.
Propiedades generales
• No poseen punto de fusión definido.
• Son isotrópicos ya que en cualquier dirección
algunas propiedades físicas son iguales.
• Por lo general son mezclas y no sustancias.
B. Sólidos cristalinos
Están formados por partículas discretas que siguen
una distribución ordenada tal que el conjunto ad-
quiere una geometría espacial definida.
Propiedades generales
• Poseen punto de fusión definido.
• Son anisotrópicos osea algunas de sus propie-
dades físicas dependen de la dirección en la que
son medidas.
• Isomorfismo: cuando sustancias diferentes cris-
talizan en el mismo sistema. Ejemplo:
NaC: Sistema cúbico
Hierro: Sistema cúbico
• Polimorfismo: cuando una misma sustancia se
puede presentar en 2 o más formas cristalinas
diferentes.
Ejemplo:
CaCO3 (romboedrico): Calcita
CaCO3 (ortorrómbico): Aragonita
Clases de sólidos cristalinos
DESARROLLO DEL TEMA
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Un líquido es un fluido cuyo estado es intermedio entre el
sólido y gas, posee forma variable y volumen definido,
además entre sus moléculas las fuerzas de cohesión y
repulsión son equivalentes.
I. CARACTERÍSTICAS GENERALES
• El desorden molecular o iónico (entropía) es mayor
que en un sólido pero menor que el de un gas.
• La Ec molecular es directamente proporcional a la
temperatura.
• Son isotrópicos, su grado de compresibilidad es
muy pequeña (despreciable).
II. PROPIEDADES INTENSIVAS
A. Presión de vapor de un líquido o tensión de
vapor
Es el conjunto de choques de las moléculas del
vapor contra las paredes del recipiente que lo
contiene, a cierta temperatura. Se mide cuando
los procesos de condensación y evaporación están
en equilibrio.
B. Punto de ebullición
Es la temperatura a la cual hierve un líquido y ello
ocurre cuando la presión de su vapor iguala a la
presión externa sobre la superficie líquida.
La ebullición es un proceso violento donde toda la
masa líquida pasa al estado de vapor, sin cambiar la
temperatura (mientras que haya líquido).
La ebullición normal
Es la temperatura a la cual la presión de vapor es 1 atm ó
760 mmHg. A mayor altitud en la tierra: menor pre-
sión atmosférica, entonces menos temperatura de
ebullición.
Observación:
En Lima los frijoles cuecen mejor que en Huancayo.
ESTADO LÍQUIDO
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ESTADO SÓLIDO Y LÍQUIDO
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C. Viscosidad ( )
Es la resistencia que ofrece la capa de un líquido a
fluir sobre otra adyacente. Esta depende de la fuer-
zas intermoleculares, de la forma y tamaño de las
moléculas.
Por lo general:
gassólido líquido    
Sean 2 capas adyacentes de un líquido de área
"A", donde una de las capas se deslizan con una
fuerza "F" a una rapidez o velocidad v.
Unidades en el sistema c.g.s.
2
2
cmg • cm
gs poise (p)
cm cm • s• cm
s
     
Tabla de viscosidad de algunos
líquidos y gases
A 20 ºC y 1 atm de presión
D. Tensión superficial ( )
Es la medida de la fuerza elástica por unidad de
longitud, que actúa en una superficie líquida.
También se dice que es la energía requerida para
expandir la superficie de un líquido, cierta unidad
de área.
Unidades: 
2 2
ergN dina J; ; ;
m cm cm m
La tensión superficial ( ) se debe a la fuerza resul-
tante que presentan las moléculas en la superficie
del líquido que las atraen hacia el interior, formando
una especie de capa o película. Esto explica el por
qué ciertos insectos pueden caminar o cuerpos li-
vianos (aguja o guilletts) pueden permanecer flo-
tando en la superficie del agua.
• Por la tensión superficial las fuerzas intermo-
leculares tratan de reducir el área superficial a la
forma esférica.
Ejemplo:
Gotas de Hg y agua.
 
Tabla de tensión superficial de algunos líquidos a
20 °C.
 
Factores que afectan la tensión superficial
• A mayor temperatura, menor tensión superficial.
• La presencia de iones en un líquido polar, au-
menta la tensión superficial.
• La presencia de sustancias tensoactivas (jabón
y detergente) disminuyen la tensión superficial.
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DIAGRAMA DE FASES Y CURVA DE
CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO
I. CURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIA-
MIENTO
En el laboratorio, se puede tomar una muestra sólida
de una sustancia pura y registrar cada minuto su tem-
peratura mientras se calienta a una velocidad constan-
te. Los datos se pueden usar luego para trazar una
gráfica de temperatura en el eje de las ordenadas con-
tra el tiempo de calentamiento, en el eje de las abscisas.
Conforme se calienta la muestra sólida, se observa que
la temperatura sube de manera regular hasta que co-
mienza la fusión y permanece mientras que toda la
muestra sólida se convierta en sustancia líquida. Si la
muestra está en un recipiente cerrado, el vapor no
podrá escapar y su temperatura comenzará a elevarse
otra vez, si se continúa el calentamiento, después de
la temperatura de ebullición, produciéndose vapor
sobrecalentado, como es el caso que ocurre en una
olla de presión.
Curva de calentamiento del hielo hasta su conversión
en vapor de agua desde –25 °C hasta +125 °C.
II. DIAGRAMA DE FASES
El equilibrio entre un líquido y su vapor no es el único
equilibrio dinámico que puede existir entre los estados
de agregación de la materia. En condiciones apropia-
das de temperatura y presión, un sólido puede estar
en equilibrio con su estado líquido o incluso con su
fase de vapor. Un diagrama de fases es una forma grá-
fica de resumir las condiciones en las que existen equi-
librios entre los diferentes estados de agregación de la
materia, y también nos permite predecir la fase de una
sustancia que es estable a determinadas condiciones
de temperatura y presión. La forma general de un
diagrama de fases para una sustancia que exhibe
tres fases. El diagrama contienen tres curvas impor-
tantes, cada una de las cuales representa las condi-
ciones de temperatura y presión en las que las dis-
tintas fases pueden coexistir en equilibrio.
• La línea de A y B es la curva de presión de vapor
del líquido; representa el equilibrio entre las fases
líquida y gaseosa. El punto de esta curva en el
que la presión de vapor es de 1 atm es el punto
de ebullición normal de la sustancia. La curva de
presión de vapor termina en el punto crítico. (B),
que es la temperatura crítica y la presión crítica de
la sustancia. Más allá del punto crítico, no es posible
distinguir las fases líquida y gaseosa.
• La línea de A a C representa la variación de la
presión de vapor del sólido al sublimarse a
diferentes tem-peraturas.
• La línea de A a D representa el cambio del punto
de fusión del sólido al aumentar la presión, esta
línea suele tener una pequeña pendiente hacia
la derecha al aumentar la presión. Para la mayor
parte de las sustancias, el sólido es más denso
que el líquido; por tanto, un aumento de la pre-
sión por lo regular favorece la fase sólida, más
compacta.
Por ello, se requieren temperaturas más altas para
fundir el sólido apresiones más altas. El punto
de fusión de una sustancia es idéntico a su pun-
to de congelación. La única diferencia entre los
dos es la dirección en que debe cambiar la tem-
peratura para que se efectúe el cambio de fase.
El punto de fusión a 1 atm es el punto de fusión
normal.
El punto A, donde se intersecan las tres curvas,
se conoce como punto triple. A esta tempera-
tura y presión las tres fases coexisten en equilibrio.
Cualquier otro punto de las tres curvas representa
un equilibrio entre dos fases. Cualquier punto del
diagrama que no cae, en una línea, corresponde a
condiciones en las que solo está presente una fase.
Cabe señalar que la fase gaseosa es la fase estable a
baja presión y alta temperatura, las condiciones en
las que la fase sólida es estable se extienden a tem-
peraturas bajas y presiones altas. El intervalo de es-
tabilidad de los líquidos está entre las otras dos re-
giones.
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Problema 1
Para los siguientes compuestos en los
cuales su presión de vapor en torr se
indica entre paréntesis:
H2O(17, 53) CH3COOH(11,7)
C6H6(74,7) CH3CH2OH (43,9)
¿Qué líquido tiene menor temperatura
de ebullición?
UNI 90
Nivel fácil
A) Agua
B) Ácido acético
C) Benceno
D) Alcohol etílico
E) Todos tienen igual temperatura de
ebullición.
Resolución:
El punto de ebul lic ión de un
compuesto es la temperatura a la cual
la presión de vapor de la sustancia se
iguala a la presión atmosférica.
Por lo que el benceno (C6H6) al tener
mayor presión de vapor llegara más
rápido a la ebullición esto por estar más
cerca a la presión atmosférica.
Respuesta: C) Benceno
Problema 2
Determinar cuál o cuáles de las siguien-
tes sustancias es o son solubles en agua:
I. Metanol, CH3OH
II. Tetracloruro de carbono, 4CC
 
Forma general de un diagrama de fases de un sistema
que exhibe tres fases: gas, líquido y sólido.
III. TEMPERATURA Y PRESIÓN CRÍTICAS
Los gases se pueden licuar comprimiéndolos a una
tem-peratura apropiada. Al aumentar la temperatu-
ra, los gases se vuelven más difíciles de licuar porque
sus moléculas tienen mayor energía cinética.
Para cada sustancia, existe una temperatura por enci-
ma de la cual el gas no puede licuarse, independiente
de la presión que se aplique.
La temperatura más alta en la que una sustancia pue-
de existir como líquido es su temperatura crítica. La
presión crítica es la presión que debe aplicarse para lo-
grar la licuefacción a esta temperatura crítica, cuanto
más intensas sean las fuerzas de atracción
intermoleculares, más fácil será licuar un gas. Y por tan-
to, más alta será la temperatura crítica de la sustan-
cia. Las temperaturas y presiones críticas de la sus-
tancia, a menudo, tienen una importancia considera-
ble para los ingenieros y otras personas que trabajan
con gases porque proporcionan información acerca
de las condiciones en que los gases se licuan. A
veces, nos interesa licuar un gas; otras veces quere-
mos evitar licuarlo. Es inútil tratar de licuar un gas
aplicando presión, si el gas está por encima de su
temperatura crítica. Temperaturas y presiones críti-
cas de algunas sustancias selectas.
PROBLEMAS RESUELTOS
70UNI SEMESTRAL 2013 - III QUÍMICA
ESTADO SÓLIDO Y LÍQUIDO
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III. Hexano: CH3(CH2)4CH3
Número atómico:
H = 1, C = 6, C 17 , O = 8
Electronegatividades:
H = 2,1; C = 2,5; O = 3,5; C 3,0
UNI 2000 - II
Nivel intermedio
A) Solo I
B) Solo II
C) I y III
D) II y III
E) I, II y III
Resolución:
El metanol es una sustancia polar tie-
ne el enlace intermolecular puente de
hidrógeno por lo que es soluble con el
agua que es polar y posee puente hi-
drógeno.
Respuesta: A) Solo I
Problema 3
Señale las alternativas que contienen
las proposiciones correctas:
I. La viscosidad de un líquido gene-
ralmente aumenta al elevarse la
temperatura.
II. La tensión superficial disminuye al
aumentar la temperatura.
III. La viscosidad del n-nonano es me-
nor que la del n-heptano.
UNI 2001 - II
Nivel difícil
A) I
B) II
C) III
D) I y II
E) II y III
Resolución:
I. Incorrecto: A mayor temperatura
menor será la viscosidad del líquido.
II. Correcto: A mayor temperatura
menor será la tensión superficial.
III. Incorrecto: A mayor agrupación de
átomos o masa molecular mayor
será la viscosidad.
Respuesta: B) II