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Las fuerzas intermoleculares y los líquidos y sólidos Capítulo 11 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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1 Las fuerzas intermoleculares y los líquidos y sólidos Capítulo 11 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

2 Una fase es una parte homogénea de un sistema en contacto con otras partes del mismo, pero separado de ellas por un límite bien definido. 2 fases Fase sólida: hielo Fase líquida: agua 11.1

3 Fuerzas intermoleculares 11.2 Fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre las moléculas. Fuerzas intramoleculares mantienen juntos a los átomos en una molécula. intermolecular Versus intramolecular 41 kJ para evaporar 1 mol de agua (inter) 930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de agua (intra) Por lo general, las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles que las fuerzas intramoleculares. Medida de fuerza intermolecular punto de ebullición punto de fundición H vap H fus H sub

4 Fuerzas intermoleculares Fuerzas dipolo-dipolo Fuerzas de atracción entre moléculas polares Orientación de moléculas polares en un sólido 11.2

5 Fuerzas intermoleculares Fuerzas ion-dipolo Fuerzas de atracción entre un ion y una molécula polar 11.2 Interacción ion-dipolo

6 Fuerzas intermoleculares Fuerzas de dispersión Fuerzas de atracción que se generan como resultado de los dipolos temporales inducidos en átomos o moléculas 11.2 Interacción ion-dipolo inducido Interacción dipolo-dipolo inducido Dipolo inducido Catión Dipolo

7 Fuerzas intermoleculares Fuerzas de dispersión continua 11.2 Polarización es la facilidad con que la distribución del electrón en el átomo o molécula puede distorsionarse La polarización aumenta con: mayor número de electrones más difusa la nube del electrón Las fuerzas de dispersión normalmente aumentan con la masa molar

8 S O O ¿Qué tipo de fuerzas intermoleculares existe entre cada una de las moléculas siguientes? HBr HBr es una molécula polar: fuerzas dipolo-dipolo. Hay también fuerzas de dispersión entre las moléculas HBr. CH 4 CH 4 es no polar: fuerzas de dispersión. SO 2 SO 2 es una molécula polar: fuerzas dipolo-dipolo. Hay también fuerzas de dispersión entre las moléculas SO

9 Fuerzas intermoleculares Enlace de hidrógeno 11.2 El enlace de hidrógeno es una interacción especial dipolo- dipolo entre ellos y el átomo de hidrógeno en un enlace polar N-H, O-H, o F-H y un átomo electronegativo de O, N, o F. A H … B A H … A o A y B son N, O, o F

10 ¿Por qué el enlace de hidrógeno se considera una interacción especial dipolo-dipolo? Masa molar decreciente Punto de ebullición decreciente 11.2 Punto de ebullición Grupo 6A Grupo 7A Grupo 5A Grupo 4A Periodo

11 Propiedades de los líquidos Tensión superficial es la cantidad de energía necesaria para estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área Fuerza intermolecular grande Alta tensión superficial 11.3

12 Propiedades de los líquidos Cohesión es una atracción intermolecular entre moléculas semejantes 11.3 Adhesión es una atracción entre moléculas distintas Adhesión Cohesión

13 Propiedades de los líquidos Viscosidad es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir 11.3 Fuerza intermolecular fuerte Alta viscosidad

14 Máxima densidad 4 0 C El hielo es menos denso que el agua Densidad del agua 11.3 El agua es una sustancia única Temperatura Densidad (g/mL) Estructura tridimensional del hielo

15 Un sólido cristalino posee un ordenamiento estricto y regular. En un sólido cristalino, los átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas (predecibles). Un sólido amorfo no posee un ordenamiento bien definido ni un orden molecular repetido. Una celda unitaria es la unidad estructural esencial repetida de un sólido cristalino. Celda unitaria Punto reticular Celda unitaria en 3 dimensiones 11.4 En los puntos reticulares: Átomos Moléculas Iones

16 11.4 Los siete tipos de celdas unitarias Cúbica simple Ortorrómbica Romboédrica Monoclínica Triclínica

17 11.4 Los tres tipos de celdas cúbicas Cúbica simpleCúbica centrada en el cuerpoCúbica centrada en las caras

18 11.4 Distribución de esferas idénticas en una celda cúbica simple

19 11.4 Distribución de esferas idénticas en un cubo centrado en el cuerpo

20 8 celdas unitarias lo comparten 2 celdas unitarias lo comparten 11.4 Un átomo del vértice y un átomo centrado en las caras

21 átomo/celda unitaria (8 x 1/8 = 1) 2 átomos/celda unitaria (8 x 1/8 + 1 = 2) 4 átomos/celda unitaria (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4) Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpoCúbica centrada en las caras

22 11.4 Relación entre la longitud de la arista y el radio de los átomos de tres diferentes celdas unitarias

23 Cuando la plata cristaliza forma celdas cúbicas centradas en las caras. La longitud de la arista de la celda unitaria es de 409 pm. Calcule la densidad de la plata. d = m V V = a 3 = (409 pm) 3 = 6.83 x cm 3 4 átomos/celda unitaria en una celda cúbica centrada en las caras m = 4 Ag átomos g mole Ag x 1 mole Ag x átomos x = 7.17 x g d = m V 7.17 x g 6.83 x cm 3 = = 10.5 g/cm

24 11.5 Dispositivo para obtener un patrón de difracción de rayos X de un cristal Pantalla Cristal Placa fotográfica Haz de rayos X Tubo de rayos X

25 Distancia adicional = BC + CD = 2d sen = n (Ecuación Bragg) 11.5 Reflexión de rayos X por dos planos de átomos Rayos incidentes Rayos reflejados d sen

26 Un cristal difracta los rayos X de longitud igual a nm con un ángulo de Suponiendo que n = 1, ¿cuál es la distancia (en pm) entre las capas del cristal? n = 2d sen n = 1 = = nm = 154 pm d = n 2sen = 1 x 154 pm 2 x sen14.17 = 77.0 pm 11.5

27 Tipos de cristales Cristales iónicos Puntos reticulares ocupados por cationes y aniones Se mantienen juntos por la atracción electrostática Duro, quebradizo, punto de fusión alto Mal conductor de calor y electricidad CsClZnSCaF

28 Tipos de cristales Cristales covalentes Puntos reticulares ocupados por átomos Se mantienen juntos por enlace covalente Duro, punto de fusión alto Mal conductor de calor y electricidad 11.6 diamante grafito átomos de carbono

29 Tipos de cristales Cristales moleculares Puntos reticulares ocupados por moléculas Se mantienen juntos por fuerzas intermoleculares Suave, punto de fusión bajo Mal conductor de calor y electricidad 11.6

30 Tipos de cristales Cristales metálicos Puntos reticulares ocupados por átomos metálicos Se mantienen juntos por enlaces metálicos Blando a duro, punto de fusión bajo a alto Buen conductor de calor y electricidad 11.6 Sección transversal de un cristal metálico núcleos y e - internos del cascarón mar móvil de e -

31 Tipos de cristales 11.6

32 Un sólido amorfo no posee una distribución regular ni orden molecular de gran alcance. Un vidrio es un producto de fusión de materiales inorgánicos ópticamente transparente que se ha enfriado a un estado rígido sin cristalizar. Cuarzo cristalino (SiO 2 ) Vidrio de cuarzo no cristalino 11.7

33 Evaporación Orden máximo Orden menor 11.8 Condensación T 2 > T 1 Cambios de fase Líquido Sólido Temperatura Número de moléculas Energía cinética E E1E1

34 La presión de vapor de equilibrio es la presión de vapor medida cuando hay un equilibrio dinámico entre la condensación y la evaporación. H 2 O (l) H 2 O (g) Velocidad de condensación Velocidad de evaporación = Equilibrio dinámico 11.8 Velocidad de evaporación Equilibrio dinámico establecido Velocidad de condensación Tiempo Velocidad

35 Antes de la evaporación En equilibrio 11.8 Aparatos para medir la presión de vapor de un líquido Vacío Espacio vacío Líquido

36 Calor molar de vaporización ( H vap ) es la energía requerida para evaporar 1 mol de un líquido. ln P = - H vap RT + C Ecuación Clausius-Clapeyron P = (equilibrio) presión de vapor T = temperatura (K) R = constante de gas (8.314 J/K mol) 11.8 Presión de vapor contra temperatura Temperatura °C Presión de vapor (atm) Éter dietílicoAguaMercurio

37 El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa. El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual un líquido hierve cuando la presión externa es 1 atm. 11.8

38 La temperatura crítica (T c ) es un temperatura sobre la cual el gas no se puede licuar, no importa la magnitud de la presión aplicada. La presión crítica (P c ) es la mínima presión que se debe aplicar para llevar a cabo la licuefacción a la temperatura crítica. 11.8

39 Fusión 11.8 Congelación H 2 O (s) H 2 O (l) El punto de fusión de un sólido o el punto de congelación de un líquido es la temperatura a la cual las fases sólida y líquida coexisten en equilibrio. Cambios de fase Líquido Sólido Temperatura

40 Calor molar de fusión ( H fus ) es la energía necesaria para fundir un mol de un sólido. 11.8

41 Curva de calentamiento Temperatura Tiempo Líquido y vapor en equilibrio Punto de ebullición Líquido Punto de fusión Sólido y líquido en equilibrio Sólido

42 Sublimación 11.8 Deposición H 2 O (s) H 2 O (g) Calor molar de sublimación ( H sub ) es la energía necesaria para sublimar un mol de un sólido. H sub = H fus + H vap (Ley de Hess) Cambios de fases Temperatura Sólido Líquido

43 Un diagrama de fases resume las condiciones en las cuales una sustancia existe como sólido, líquido o gas. Diagrama de fases del agua 11.8 Temperatura Presión Sólido Líquido

44 11.8 Diagrama de fases del dióxido de carbono Temperatura Presión Sólido Líquido


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