7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

39
7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 1/39 Los gases están formados por moléculas independientes que se mueven en todas direcciones a gran velocidad Entre una y otra molécula hay un gran espacio libre En los liquidos las moléculaso los grupos de moléculastienen cierta capacidad pa- ra moverse lentamente; los espacios intermoleculares se reducen mucho en compa- ración con los de los gases; sin embargo en alguna medida los líquidos se pueden comprimir Las moléculasde los sólidosno pueden moverse libremente y están loca- lizadas en posicionesdefinidas unas respecto de las otras en estructuras llamadas cristales Los gases ocupan de una manera total el recipiente que los contiene los líqui- dos adoptan la forma del recipiente y los sólidos tienen volumen y forma propios Para comprender el comportamiento de los gases es necesario definir el volu- men la presión y la temperatura así comoenunciar las leyes que relacionandichos conceptos Las propiedades más importantes de los líquidos son la viscosidad la tensión superficial la presión de vapor y los puntos de ebullicióny congelación Al estudiar las características del estado líquido es necesario hablar de las so- luciones dado quelas más utilizadas enquímicatienen agua comodisolvente Resul- ta útil conocer las reglas de solubilidad de distintas substancias en agua así como las diversas formas de medir la concentración de las soluciones Un estado importante de la materia es el estado coloidal ya que muchas subs- tancias naturales se encuentran comodispersiones coloidales El estado coloidales en algunos aspectos comparable con las soluciones aunque presenta sus propias características Los sólidosse clasificanen varios tipos de acuerdo con su estructura cristalina y con la naturaleza química de sus partículas El análisis de las clasificacionesper- mite comprender mejor las propiedades de los sólidos EST DOS G SEOSO LIQUIDO  SOLIDO C PITULO  

Transcript of 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

Page 1: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 1/39

Los gases están formados por moléculas independientes que se mueven en todas

direcciones a gran velocidad Entre una y otra moléculahay un gran espacio libre

En los liquidos las moléculaso los grupos demoléculastienen cierta capacidad pa-

ra moverse lentamente; los espacios intermoleculares se reducen mucho en compa-

ración con los de los gases; sin embargo en alguna medida los líquidos se pueden

comprimir Las moléculasde los sólidosnopueden moverse librementey están loca-

lizadas en posicionesdefinidas unas respecto de las otras en estructuras llamadas

cristales

Los gases ocupan de una manera total el recipiente que los contiene los líqui-

dos adoptan la forma del recipiente y los sólidos tienen volumen y forma propios

Para comprender el comportamiento de los gases es necesario definir el volu-

men la presión y la temperatura así comoenunciar las leyes que relacionandichos

conceptos

Las propiedades más importantes de los líquidos son la viscosidad la tensión

superficial la presión de vapor y los puntos de ebullicióny congelación

Al estudiar las características delestado líquido es necesario hablar delas so-

luciones dado quelas más utilizadas enquímicatienen agua comodisolvente Resul-

ta útil conocer las reglas de solubilidad de distintas substancias en agua así como

las diversas formas de medir la concentración de las soluciones

Un estado importante de la materia es el estado coloidal ya que muchas subs-

tancias naturales seencuentran comodispersiones coloidales El estado coloidales

en algunos aspectos comparable con las soluciones aunque presenta sus propias

características

Los sólidosse clasificanen varios tipos de acuerdoconsu estructura cristalina

y con la naturaleza química de sus partículas El análisis de las clasificacionesper-

mite comprender mejor las propiedades de los sólidos

EST DOS G SEOSO LIQUIDO

 

SOLIDO

C PITULO  

Page 2: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 2/39

FIGURA 7 1 Barómetro de mercurio La altura de la

columna de mercurio es independiente del tamaño

 

forma

del tubo del barómetro 

Presión

 

F~erza

rea

La presión de un gas es la fuerza que éste ejerce sobre las paredes del recipien

te que lo contiene, dividida por el área de superficie del recipiente. Los gases de la

atmósfera nitrógeno, oxígeno y unas pequeñas cantidades de gases nobles, además

de los contaminantes también efectuán una presión sobre los objetos.

Evangelista Torricelli, físico y matemático italiano, fue el primero en medir la

presión de los gases en la atmósfera. Para ello inventó el barómetro figura 7-1 ,que

esun tubo devidriode aproximadamente 80 cmde largo, selladoen un extremo, se llena

con mercurio y se invierte en un recipiente abierto que también contiene mercurio.

Este último cae a un nivel independiente del tamaño o forma del tubo, pero no se

escapa totalmente, debido a que la presión de la atmósfera sobre la superficie del

mercurio en el recipiente sostiene la columna de éste en el tubo; la altura del mercu

rio es una medida de la presión atmosférica.

La presión de la atmósfera varía de un día para otro y de un lugar a otro. El

promedio de presión al nivel del mar mantiene la columna de mercurio a una altura

de 76 cm; este valor se llama presión normal o estándar.

De acuerdo con la ley fundamental de la hidrostática, que indica que la presión

ejercida por un fluido en reposo es igual a la altura de la columna de éste multiplica-

La presión de los gases

La presión se define como la fuerza por unidad de área:

EST O G SEOSO

188 QUIMICA

Page 3: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 3/39

La unidad de presión en el SI es el pascal (Pal, que equivale al newton/metro-, por

lo cual se considera que la presión atmosférica normal a nivel del mar es igual a 1.013 x

10

5

Pa, como corresponde a la presión de una columna de mercurio de 76 cm de altura.

Para comprobar el experimento de Torricelli, el físico francés BIas Pascal, en

cuyo honor se dio el nombre a la unidad de presión, lo repitió pero en lugar del mer-

PHg   (13600 kg/m ) (9.8 mi

S2

(0.76 m)   101300 k m

S2

 

1.013

X

105

  m

 

es decir, al multiplicar la densidad de una substancia por la aceleración de la grave

dad, se obtiene el peso específico y esto al substituirlo en la ecuación

 

resulta:

PHg

 

QHg gh

La densidad del mercurio es 13600 kg/m y la aceleración de la gravedad va

ría de un lugar a otro, aunque sobre la superficie de la tierra se considera constante

con un valor de 9.8   s  Si se substituye estos valores en la ecuación 1:

por lo cual al substituir este valor en la ecuación anterior queda:

Pe

 

mg

V

sin embargo, si se tiene en cuenta que la definición de densidad es el cociente que

resulta de dividir la masa de una porción de substancia, entre el volumen de dicha

porción, resulta finalmente que:

P

w

 mg

El peso específico está directamente relacionado con la densidad, dado que por

definición, el peso es igual a la masa multiplicada por la aceleración de la gravedad.

v

 

Volumen de la misma porción en metros cúbicos ( m3

El peso específico del mercurio es el cociente que resulta de dividir el peso de

una porción de este elemento entre el volumen de dicha porción.

 

Pe

 

V

Pe

 

Peso específico en newton/metro cúbico (_li_

P  Peso de la porción considerada en newtons ( 

PHg

 

PeHg X h (ecuación 1)

da por su peso específico, la presión que ejerce la columna de mercurio del experi

mento anterior, tiene el valor de:

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 189

Page 4: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 4/39

 IGUR 7 2  Manómetro de mercurio

Pmercurio

 

atmosférica

Recipienteque contiene

el gascuya presión

estásiendomedida 

Manómetro

En el laboratorio las presiones de los gases se miden con un aparato llamado

manómetro figura7-2 ,el cual tiene un tubo en forma deU, que se llena conmercu

rio. El gas, cuya presión se desea medir, actúa en un extremo del tubo y la atmósfe

ra ejercepresiónen elotro extremo. La diferenciaentre las alturas de las columnas

da la diferenciadepresión entre las dos. Si la muestra del gas tuviera una presión

igual a la presión atmósferica, el mercurio permanecería al mismo nivel en ambos

brazos del tubo.

En el experimento ilustrado en la figura 7-2,la presión del gas es mayor que

la presiónatmosférica. La diferenciade altura entre los dos niveles demercurio,de

be agregarse a la presión atmosférica para obtener la presión del gas. Por ejemplo,

si la diferenciade alturas es 150mmy la presión atmosférica es 700 torr, la presión

del gas en el recipiente es de 850 torroSi la presión del gas fuera menor que la at

mosférica,elmercurio en el brazo izquierdodel manómetro figura 7-2 permanece

ría a un nivel más alto que el mercurio en el brazo derechoy la diferencia de altura

tendría que sustraerse de la presión atmosférica.

1 atmósfera  760 torr

También se suele usar otra unidad de presión, el torr enhonor de Torricelli ,

que es igual a un milímetro de mercurio de la columna de este metal; de modo que

la equivalencia entre estas dos últimas unidades es:

1 atmósfera   1.013 X 10

5

Pa

curio utilizó diferentes liquidos, entre ellos el agua, cuyopeso específicofue mucho

menor que el delmercurio,por locual la altura quepresentó la columnaresultó mu

cho mayor, llegando a medir alrededor de 10m.

El pascal, comounidad de presión, no se usa comúnmente en las operaciones

realizadas por los químicos,debidoa que prefieren utilizar, comounidad depresión

para medir los gases, la atmósfera; llamandodeesa manera a la presión atmosférica

que se presenta al nivel del mar.

190 QUIMICA

Page 5: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 5/39

Ejemplo 2

El volumen de un gas es 375 ml, cuando la presión es 75 kPa (kilopascal). Si

la temperatura permanece constante, ¿cuál será la presión final si el gas se compri-

me a 200 ml? -

¿Cuál factor debe utilizarse?

Puesto que la presión aumenta de 0.85 atm a 1 atm, el volumen debe dismi

nuir. El factor de corrección debe ser una fracción menor que

1

De aquí:

0.85 atm/ 1 atmatm/ 0.85 atm

Los factores de corrección no son lo mismo que los factores de conversión. Un

factor de corrección no es igual a

1

Se pueden derivar, de los datos dados, dos facto

res de corrección de presión.

? ml   250 ml X factor de corrección

El volumen final puede obtenerse al corregir el volumen inicial para el cambio

de presión.

Primero se tabulan los datos dados en el problema.

Condiciones iniciales: V

 

250 ml P

 

0.85 atm

Condiciones finales

V  

? ml P

 1

atm.

Solución

Ejemplo 1

Una muestra de gas ocupa 250 ml bajo una presión de 0.85 atm. Si la tempera

tura se mantiene constante, ¿qué volumen ocupará la muestra bajo la presión de

 atm?

El volumen de un gas se mide generalmente en litros. El litro se define como

un decímetro cúbico (Ldm  1000 cm  ), puesto que hay 1000 ml en un litro (1 ml

es

1

cm- 

Val P

La ley de Boyle

La relación entre el volumen y la presión de una muestra de gas fue estudiada

en 1662 por Robert Boyle, quien descubrió que si la temperatura permanece cons

tante, al aumentar la presión sobre una muestra de gas su volumen dismimuye pro

porcionalmente; esto es, el volumen disminuye a la mitad si se duplica lapresión,

si ésta aumenta tres veces, el volumen se reduce a una tercera parte de su valor or

ginal.

A

partir de esos resultados, formuló la ley que lleva su nombre:

 A tempera-

tura constante el volumende unamuestra degas varíainversamente a   presión

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 9

Page 6: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 6/39

Ejemplo

Unamuestra de gas tieneun volumende 75m a

30 C.

¿Quévolumenocupará

la muestra a 0° si la presión se mantiene constante?

VaT

La ley deCharles establece que

a presión constante  el volumen de cualquier

muestra de un gas varía directamente con la temperatura absoluta  si se duplica la

temperatura Kelvin el volumen se duplicará también y si la temperatura Kelvin

se reduce a la mitad el volumen también disminuirá a la mitad.

T

 

273

La ley de Charles

La relaciónentre elvolumen

y

la temperatura de una muestra de gas fue estu

diadapor J acquesCharles en

1787.

Sutrabajo fueconsiderablementeampliadopor

Joseph Gay-Lussac en

1802.

Un gas se expande cuando se calienta a presión constante. Los datos experi

mentales demuestran que por cada grado Celsiusque aumenta la temperatura el

volumendeun gas aumenta

1 273

de su valor a

O

OC.Aunque el volumenaumenta

de manera regular con un aumento de la temperatura  no es directamente propor

cional a la temperatura medida en grados Celsius. Si se diseñara una nueva escala

de temperatura en la que elpunto cero fuera exactamente -273  C y las temperatu

ras seexpresaran endicha escala entonceselvolumendeun gas sería directamente

proporcional a la temperatura.

En

1848

WilliamThomson Lord Kelvin propuso laescalaque llevasunom

bre y que también seconocecomoescalaabsoluta. Cualquierescalademedidaabso

luta debe basarse sobre un punto cero que representa la ausencia completa de la

propiedad que va a medirse. Sobre escalas de este tipo los valores negativos son

imposibles. La unidad de temperatura en la escala absoluta es el Kelvin K y no

debedecirsegrado Kelvinni ponerseel signodegrado enla abreviatura. Lamagni

tud de un Kelvin es la misma que la del grado Celsius puesto que una lectura en

esta escala designada por T se obtiene agregando 273 a la temperatura Celsius

designada por t.

375

ml

? kPa = 75kPa   200 ml 140.6 kPa

Puesto que el volumendisminuye la presión debe aumentar. El factor de co

rreccióndebe ser una fracciónmayor de 1. Se colocaelvolumenmayor en el nume

rador del factor.

? kPa

 

75kPa X factor de corrección.

P = 75kPa

P =? kPa

v

 

375m

V   200

m

Condicionesiniciales

Condicionesfinales

Solución

192 QUIMICA

Page 7: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 7/39

El método del factor de corrección para resolver problemas de las leyes de los gases

Si las leyes de Boyle, Charles y Amontons se combinan, el efecto de un cambio

en dos de las variables V,P,T) sobre la tercera puede calcularse con los siguientes

pasos:

t  T - 273

409.5 K - 273  136.5 C

La respuesta puede ser convertida a C.

409.5K

273

K x 1.5

atm

 atm

?K  

Puesto que la presión aumenta, la temperatura debe aumentar. El factor de co

rrección tiene un valor mayor de 1.

?K  

273

K X

factor de corrección

 

273

 

T

Condiciones iniciales P   atm

Condiciones finales P

 

1 5 atm

 olu ión

Ejemplo

Un recipiente de 5 litros se llenó con un gas a una presión de 1 atm ya O C.

¿A qué temperatura deberá calentarse el recipiente para que la presión interna sea

de

1 5

atm?

PexT

La ley de Amontons

La presión deungas contenido enunrecipiente aumenta cuando se calienta. La re

lación matemática entre presión y temperatura es semejante a la que hay entre vo

lumen y temperatura; la presión de un gas varía directamente con la temperatura

absoluta cuando el volumen es constante; esto se conoce como la ley de Amontons.

En 1703, Guillaume Amontons construyó un termómetro basado en el principio de

que la presión de un gas es una medida de la temperatura del mismo.

? ml  75 ml X 273 K  67.6 ml

303  

Puesto que la temperatura disminuye de 303 K a 273 K  el volumen debe dis

minuir. Se debe usar un factor de corrección con un valor menor de

1

303

 

T  273 K

 olu ión

Condiciones iniciales V   75 ml t

 

30 oe

Condiciones finales V   ? ml t = O C

? ml

 

75 ml X factor de corrección

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 193

Page 8: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 8/39

A muy altas presiones y bajas temperaturas, los gases se desvían conside

rablemente del comportamiento descrito por las leyes anteriores, ya que inter

vienen otras fuerzas, como las de Van der Waals, que unen las moléculas gaseosas

y provocan la licuefacción del gas. Se tienen que hacer correcciones especiales

a las leyes de los gases en dichas temperaturas y presiones, llamadas criticas.

5. La respuesta tiene la misma unidad que el valor corregido, ml

X

_::..27:.,.:3:,....;K~_1639. 6 ml

333 K

? ml   1000 ml

X

_.=.l..:;a..::tm..::....._

0.5 atm

Como la temperatura disminuye, el volumen debe disminuir; el factor es:

273 K/ 333 K:

4. Como la presión disminuye, el volumen debe aumentar; el factor es

1 atm / 0.5 atm

3. ? ml   1000 ml X factor de corrección de presión X factor de correc

ción de temperatura

T   60  C   273   333 K

T   oC   273   273 K

2. Temperatura inicial

Temperatura final

 

60   C

  O C

P

 

1 atm

P

 

0.5 atm

 olu ión

1.

Condiciones iniciales V

 

1000 mI

Condiciones finales V

 

?

 j mplo

El volumen medido de un gas es 1000 ml  a una temperatura de 60   C y

a una presión de 1 atm. ¿Qué volumen ocupará el gas a O  C y 0.5 atm?

1. Tabular los datos dados en el problema; para ello se deben escribir las con

diciones iniciales y las condiciones finales.

2. Si las lecturas de temperatura están dadas en grados Celsius t , convertir

las en kelvins T

 

t   273

3. Multiplicar el valor inicial de la variable P, V o T a la que se refiere el pro

blema por los factores de corrección de las otras dos variables.

4. Considerar cada corrección separadamente. Un factor de corrección consis

te en una fracción obtenida de los valores inicial y final de la misma varia

ble V, Po T . Uno de estos valores se coloca en el numerador y el otro en

el denominador. Decidir si el cambio considerado provocaría un aumento o

una disminución del valor corregido. Sobre esta base seleccionar la fracción

que se va a emplear como factor de corrección.

5. Puesto que las unidades en el numerador y en el denominador de un factor

son las mismas, éstas se cancelan. La respuesta tiene las mismas unidades

que las del valor que se ha corregido.

6. Si se busca una temperatura y se obtiene en Kelvin, el equivalente en gra

dos Celsius puede hallarse al final del proceso t   T - 273

94 QUIMICA

Page 9: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 9/39

Cuandoseempleaeste valor deR elvolumendebeexpresarse enlitros, la pre

sión en atmósferas, la temperatura en Kelvin. Los valores de  en otras unidades

aparecen en la tabla 7-1.

R = PV R= 1 atm X 22.4 litros = 0.082 litro X atm

n TImol X 273 K K mol

Ungas hipotéticoque sigaexactamente el comportamientodescrito por es

ta ecuación,bajo todas las condiciones,se llama gas ideal. Por lo tanto, la ecua

ción se conocecomola ecuación de estado para un gas ideal.

Por convención,la temperatura y presión estándar se llaman condiciones

normalesdeun gas CN)y están definidas comoO Cy 1atm depresión. El volu

men de un gas ideal en condicionesnormales, obtenido experimentalmente, es

de 22.4 litros. Estos datos pueden utilizarse para calcular la constante del gas

ideal que aparece en la tabla 7-1.

PV = nRT

Si se elimina el denominador

V=nXRXTXl/P

Laproporcionalidadpuedeconvertirseenuna igualdadsi seutiliza una cons

tante. En este caso la constante se designará por R

V   1 / P T n

Ecuación de estado para

 

gas ideal

El volumende un gas, a temperatura y presiónfijas, varía directamentecon el

número de moles del gas considerado;un mol de un gas un peso molecular en

gramos)ocupa lamitad del volumenque ocupandosmolescuandola temperatu

ra y la presión, de ambas muestras, son las mismas. Asimismo, el volumen de

un mol de un gas dado es el mismo que el volumen de un mol de cualquier otro

gas, si ambos volúmenes se miden a la misma temperatura y presión Ley de

Avogadro).

Si n es el número de moles de un gas

Van

 

Kn

El valor de la constante de proporcionalidad depende de la temperatura y

presión del gas.

La relaciónanterior puede combinarseconlas leyes deBoyley Charles,pa

ra dar una ecuacióngeneral que relacioneel volumen,la presión, la temperatura

y el número de moles.

El volumenes inversamente proporcional a la presión y directamente pro

porcional a la temperatura absoluta y al número de moles.

ESTADOS GASEOSO, LIQUIDO Y SOLIDO 195

Page 10: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 10/39

 2 atm) V = 100 g 0.082 1atm/K mol) 300 K = 28 litros

44 g/mol

Se aplica la ecuación de estado despejada y substituida.

Se tabulan los datos

P = 2 atm V =? g = 100 g M = 44 g/mol T

 

300 K

 olu ión

¿Qué volumen ocuparán 100 g de CO

2

gaseoso a 27 oC y 2 atm?

Ejemplo 2

P = 0.25 moles X 8.3143 m  Pa / K mol X 373 K = 77530.8 Pa

0.01 m

 

Se aplica la ecuación de estado, despejada:

Se tabulan los datos, haciendo las conversiones necesarias.

P = ? V = 0.01 m  n = 0.25 moles T = 100  C   273 = 373 K

 olu ión

Ejemplo 1

Si 0.25 moles de N

2

gaseoso ocupan 0.01 m

3

y se encuentran a 100  C, indicar,

en pascales, la presión que ejercen.

g

PV  RT

M

Si se sustituye gIM por n en la ecuación de estado, queda:

n

 

g/M

El número de moles de un gas en una muestra

 n ,

es igual a la masa de la mues-

tra

 g ,

dividida entre la masa molecular del gas M).

 *) Puesto que   = N X m este valor de

R

se utiliza cuando P se expresa

en pascal Pa

  N /m 2

Ven m

  n

en moles y T en kelvin. Esta expresión

es igual a m  X   l

K

mol.

R

Unidades

8.2056

x

10.

2

litro. atm

 

K mol

8.3143

x

10

 

litro. Pa  K mol

8.3143

  K mol   m

 

Pa/K mol

 

T L 7-1 Valores de la constante de un gas ideal   en varias

unidades

196 QUIMICA

Page 11: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 11/39

  6 Calcule el peso del aire contenido en una habitación de 4 m de largo, 3 m

de  ancho

y

2.5 m de alto, si la temperatura es 20 C, la presión 0.8 atm

y

si se considera el peso de un mol de aire como 30 g/mol.

15. ¿Cuál será el volumen ocupado por 51 g de NH3 a 20 C y 1.5 atm?

14.. ¿Qué volumen ocuparán 7.3 g de cloruro de hidrógeno (HC1)en condiciones

normales?

13. Un gas ocupa un volumen de 800

 

a 25 C

y

2 atm. ¿A qué temperatura

en C deberá enfriarse para que su volumen sea 500 ml

y

su presión 2.5 atm?

12. ¿Cuál es la temperatura

y

presión de un gas para que se consideren

normales?

11. En condiciones normales (CN) un gas tiene un volumen de 22.4

 

Encuen

tre su volumen a 20 C y 104 kPa de presión.

10. Un gas ocupa un volumen de 1200 ml a 227 C. Encuentre su volumen a

-173

 c.

9. ¿A qué temperatura deberá calentarse un gas que está a 20 C para que

su volumen se duplique?

8. ¿Qué se entiende por temperatura absoluta?

7. Si un gas se expande, ¿permanecé su temperatura constante?

6. Si un volumen de 10 1de gas se expande a 121, encuentre la nueva presión.

Considere que al principio el gas estaba a 60 kPa.

5. Un gas ocupa 1.0 l a una presión de 79 kPa. Encuentre su volumen a una pre

sión de 50 kPa.

4. ¿Qué es lo que provoca la presión atmosférica?

3. ¿Cuál es la presión atmosférica al nivel del mar?

2. La presión atmosférica desciende de 745 mm a 732 mm de mercurio; dibu

je un barómetro antes y después del cambio.

1. En un manómetro, como el que se muestra en la figura 7-2, el nivel del mer

curio se encuentra 20 mm más arriba sobre el lado de la muestra gaseosa.

Si la presión atmosférica es 752 mm, ¿cuál es la presión de la muestra de gas?

 J R I IOS

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO

  SOLIDO 197

Page 12: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 12/39

Temperatura Presión

Temperatura Presión

 O C

kPa

OC

kPa

61

23 2 8

1

  65

24

3

2 71

25

3 2

3 76

26

3 4

4

  81

27

3 6

5

  87

28

3 8

6

  93

29 4

7

  99

3D

4 2

8 1

35

5 6

9

1 1

40

7 4

1

1 2

45

9 6

11

1 3

50

12 3

12

1 4

55

15 7

13

1 5

6 19 9

14

1 6

65

25

15

1 7

7

31 2

16

1 8

75

38 5

17 1 9

80

47 3

18

2 1

85 57 8

19

2 2

90 7 1

2

2 3

95

84 5

21

2 5

1

1 1 3

22

2 6

1 5

12 8

en donde Pj, P2 YP3 son las presiones parciales de los gases de la mezcla.

Una aplicaciónde esta leyes la recolecciónde un gas sobre agua. Un gas pro

ducidoen el curso de un experimento de laboratorio, frecuentemente se recoge so

bre agua, si es que no es muy soluble en ella. El gas se introduce a una botella

invertida que se ha llenadocon agua; elgas desplaza al agua y se mezclaconvapor

de agua. La presión total de lamezclaes la suma de las presiones parciales del gas

y del vapor de agua. La presión de vapor del agua, a varias temperaturas, aparece

en la tabla 7-2.La presión del gas seco se determina restando a la presión a la que

se encuentran ambos gases que sueleser la presión atmosférica la presión de va

por del agua a la temperatura del experimento.

TABLA 7-2Presióndevapor de agua en kPa a

diferentes temperaturas

Ley de Dalton de las presiones parciales

John Dalton, cuyo profundo interés en la meteorología lo condujo a estudiar

los gases, en 1801anunció sus conclusiones,que se han denominado como ley de

las presiones parciales de Dalton. Esta ley señala que cada gas, en una mezclade

gases, ejerce una presión parcial equivalente a la presion que ejercería si fuera el

únicogas presente en elmismovolumen;la presión total de la mezclaes, entonces,

la suma de las presionesparciales de todos los gases presentes. Por ejemplo, si dos

gases comoel oxígenoy elnitrógeno están presentes enun matraz y la presión del

primero es de 250torr y la del segundoes de 300 torr, la presión total es de 550torr

198 QUIMICA

Page 13: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 13/39

1. Las moléculas de un gas están ampliamente separadas unas de otras. El

volumen real de las moléculas individuales es menor en comparación con

el volumen total del gas.

2. Las moléculas de un gas se mueven constantemente  su velocidad es alta

su trayectoria es recta pero su dirección es al azar.

3. Las moléculas chocan frecuentemente unas con otras y contra las paredes

del recipiente. Aunque la energía se puede transmitir de una molécula a otra

en estos choques no se pierde energía cinetica.

Teoría cinética de los gases

La teoría cinética de los gases proporciona un modelo para explicar las regula-

ridades que se observan en el comportamiento de éstos. El principio básico de la

teoría es que las moléculas de un gas

se mueven constantemente

 

en desorden

De

este principio se derivan los siguientes postulados:

 

381.4 ml

73 K

291 K

?ml

 

500 ml X 82.4 kPa X

101.3 kPa

Condiciones iniciales   V   500mI P   82.4 kPa T  291 K

Condiciones finales

 

V

 

? P

 

101.3 kPa T

 

273 K

PRe

 

Ptotal   PH2Ü

 

84.5 kPa 2.1 kPa

 

82.4 kPa

  olución

En la tabla 7 2 se indica que la presión de vapor del agua a 18  C es 2.1 kPa

por consiguiente la presión parcial del helio es:

Ejemplo 2

Una muestra de 500 m de helio se recogió sobre agua a 18  C y a una presión

de 84.5kPa·¿Qué volumen ocuparía esta muestra  seca yen condiciones normales?

Ptotal

 

PN P  200 torr   400 torr

 

600 ton

  olución

Se supone que no hay cambio en la temperatura del sistema cuando los gases

se difunden y se mezclan  y que éstos no reaccionan; entonces la presión final será

igual a la suma de las presiones parciales de ambos gases. Si el nitrógeno ocupara

el volumen total tendría una presión de 200 torr ya que el volumen es el doble. Por

la misma razón  el oxígeno tendría una presión de 400 torro La ley de Dalton nos

dice que la presión es:

Ejemplo 1

Dos recipientes de un litro se conectan por medio de una válvula cerrada. Un

recipiente contiene nitrógeno a una presión de 400 torr y el otro contiene oxígeno

a una presión de 800 torro Ambos gases están a la misma temperatura. ¿Qué sucede

cuando se abre la válvula?

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO

y SOLIDO 199

Page 14: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 14/39

20. Mediante la teoría cinética  explique:

a la ley de Boyle

b la ley de Charles

c la ley de Amon tons

d la ley de Dalton.

17. Enumere los postulados de la teoría cinética de los gases.

18. En función de la teoría cinética explique por qué los gases:

a llenan los recipientes que los contienen

b se pueden comprimir

c ejercen presión

d son miscibles.

19. Mediante la teoría cinética explique por qué:

a al sacar aire de una llanta reduce la presión

b la presión ejercida por un gas aumenta cuando se calienta

c g de oxígeno en un recipiente ejercen el doble de presión que 1 g de

oxígeno en el mismo recipiente a la misma temperatura.

 J R I IOS

Las leyes de los gases pueden ser explicadas con dichos postulados. Por ejem-

plo  la ley de Boyle de acuerdo con la teoría cinética la presión del gas es causada

por los choques moleculares contra las paredes del recipiente si se disminuye el vo-

lumen aumenta el número de moléculas por unidad de volumen y resulta una pre-

sión mayor  debido a la gran cantidad de choques por unidad de tiempo.

Las leyes de Charles y Amontons relacionan las propiedades de los gases con

los cambios de temperatura. El promedio de la energía cinética de las moléculas de

un gas es proporcional a la temperatura absoluta. Al cero absoluto la energía ciné-

tica de las moléculas es prácticamente cero. A medida que aumenta la temperatura

las moléculas semueven   á  rápidamente al aumentar las colisiones contra las pa-

redes del recipiente si el volumen se mantiene constante. Por otro lado si el volu-

men aumenta la presión se mantiene constante aunque aumente la temperatura

puesto que el descenso en la frecuencia de los choques compensa el aumento en la

velocidad de las moléculas.

De acuerdo con la teoría cinética también se puede explicar la ley de Dalton 

en una mezcla de gases  las moléculas de todos ellos tienen el mismo promedio de

energía cinética si están a la misma temperatura; cada gas ejerce la misma presión

que ejercería si fuera el único gas contenido en el recipiente; la presión total es la

suma de las colisiones parciales de cada gas contra las paredes del recipiente.

4. La velocidad de las moléculas aumenta cuando la temperatura sube y dis-

minuye cuando la temperatura baja; las moléculas se mueven a diferentes

velocidades pero a una temperatura dada la energía cinética media de to-

das las moléculas es la misma. A una misma temperatura las moléculas de

los gases ligeros se mueven a mayor velocidad.

  QUIMICA

Page 15: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 15/39

Viscosidad

 

tensión superficial

En los liquidos las moléculas se mueven más lentamente que en los gases las

fuerzas de atracción molecular son capaces de mantenerlas juntas dentro de un vo-

lumen definido. Sin embargo elmovimiento molecular es demasiado rápido para que

las fuerzas de atracción puedan fijarlas dentro de las posiciones definidas de un re-

tículo cristalino. Por esa razón el líquido retiene su volumen pero no su forma. Los

líquidos fluyen y adquieren las formas de los recipientes que los contienen.

Un cambio en la presión casi no tiene efecto sobre el volumen de un líquido

puesto que hay poco espacio libre entre las moléculas; pero al aumentar la tempera-

tura aumenta ligeramente elvolumen de la mayoría de los líquidos y por consiguiente

disminuye la densidad del líquido. Cuando se aumenta la temperatura de un líquido

aumenta el promedio de energía cinética de las moléculas y disminuyen las fuerzas

de atracción entre ellas; sin embargo la expansión de los líquidos por efecto de un

aumento en la temperatura es mucho menor que la observada en los gases.

Cualquier líquido presenta resistencia a fluir  esta propiedad se conoce como

viscosidad Una forma para determinar la viscosidad es medir el tiempo que tarda

en pasar una cantidad determinada del líquido a través de un tubo de diámetro pe-

queño a una presión dada. La resistencia a fluir se debe principalmente a la atrac-

ción entre moléculas. La medición de la viscosidad de un líquido da una estimación

sencilla de la fuerza de esta atracción. En general a medida que aumenta la tempe-

ratura de un líquido las fuerzas de atracción intermoleculares disminuyen ante el

aumento del movimiento molecular y por lo tanto también la viscosidad disminu-

ye. Asimismo al aumentar la presión generalmente aumenta la viscosidad de un

líquido.

La tensión superficial es otra propiedad de los líquidos originada por las fuer-

zas de atracción intermoleculares. Una molécula que esté en el centro del liquido

EST DO LIQUIDO

24. Una muestra de gas se recogió sobre agua a 32  C y ocupó un volumen

de 1.0 litros. El gas húmedo ejerce una presión de 1 atm. Al secarse la mues-

tra ocupó un litro y ejerció una presión de 1 atm a 47 C. ¿Cuál es la pre-

sión del vapor de agua a 32 OC?

23. Una muestra de 75 rol de un gas recolectada sobre agua a 25 C y a una

presión de 0.895 atm una vez seca ocupa un volumen de 50 rol a una tem-

peratura de 20 C. ¿A qué presión estará?

22. Una muestra de gas recolectada sobre agua a 20

 

C y a una presión total

de 1.0 atrn  ocupa 200 rol ¿Qué volumen ocuparía si el gas estuviera seco

y en condiciones normales?

21. Las presiones parciales de tres gases en un cilindro son:

He

 

88 atm Ne

 

25 atm N

 

50 atm

¿Cuál es la presión total?

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO

  SOLIDO 2 1

Page 16: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 16/39

Temperatura C

FIGURA 7-3. Curvasde presión de vapor de distintos líquidos.

1

Dietiléter

IC

2

H

5

1p

76

6

o

 c

4

Presión de vapor

Algunas moléculasde la superficie de un líquidotienen mayor velocidadque

otras y su elevadaenergíacinéticales permite separarse de ellas y evaporarse.Si la

evaporacióntiene lugar en un recipientecerrado las moléculasquepermanecencerca

de la superficieson capturadas por el líquidoy secondensan por loque rápidamen-

te seestableceun equilibrio.La rapidezdesalidadelas moléculasdel líquidoes igual

a la velocidad de entrada; la presión ejercida por las moléculas de vapor sobre la

superficiedel líquido se llama presión devapor; la cual enun líquidodado está de-

terminada por la temperatura que al aumentar  aumenta la presión de vapor.

La magnitud de la presión de vapor de un líquido a una temperatura dada

depende de las atracciones intermoleculares de la naturaleza química del líquido 

de

la

formade las moléculasy de las masasmoleculares.Líquidosdiferentestienenpre-

sionesde vapor diferentes a la misma temperatura. Los líquidos más volátiles tie-

nen mayores presiones de vapor puesto que mayor número de moléculas tienen

suficienteenergía comopara evaporarse. La figura 7 3muestra presiones de vapor

de diferentes liquidos a varias temperaturas.

es atraída en todas direccionespor las moléculasvecinas;mientras que las que están

en la superficieson atraídas al interior de éste; por esta razón el área de la superfi-

cielibre tiende a reducirse y por lo tanto  una fuerza resultante hacia el interior del

líquidotiende a disminuir su volumen.Este comportamiento explica la forma esfé-

rica de las gotas de un líquido.

Otra prueba de la tensión superficial que produce un efecto demembrana de-

bidoal desequilibriode fuerzas en la superficie es el hechode que una aguja pueda

flotar en el agua. La tensión superficialdisminuye con elaumento de la temperatu-

ra puesto que el mayor movimientomolecular tiende a disminuir el efecto de las

fuerzas de atracción intermoleculares.

202 QUIMICA

Page 17: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 17/39

760 mm

 IGUR 7-5. Medida de la presión de vapor de tres líquidos distintos.

Gota de dietiléter

  ° C

 ° C

Gota de agua

  3 8

mm

Barómetro de mercurio

  ° C

p= 10 3 torr

 presión de vapor

del mercurio

La presión de vapor de un líquido es constante para una temperatura determi-

nada no depende ni de la cantidad del líquido ni del tamaño o forma del recipiente

donde esté contenido. Este hecho se puede demostrar con el experimento indicado

en la figura 7 4 en el cual el mismo líquido se introduce en los recipientes A y B

a la misma temperatura.

Para medir presiones de vapor de líquidos se utiliza el siguiente método: se

in-

troduce una gota de líquido en un barómetro lo cual produce un descenso en el nivel

del mercurio debido a la presión ejercida por las moléculas de vapor que se forman

como resultado de la evaporación del líquido en el espacio de la parte superior del

tubo. La diferencia en la altura del mercurio antes y después de introducir ellíqui-

do mide directamente la presión de vapor a la temperatura del experimento. El mer-

curio es un líquido muy poco volátil su presión de vapor a temperatura ambiente

es sólo 0.001 torr por lo que no afecta a las medidas observadas. La figura 7 5mues-

tra la determinación de algunas presiones de vapor; la tabla 7 3 contiene las presio-

nes de vapor del agua a diferentes temperaturas.

 IGUR

7-4. La presión de vapor de un líquido determinado depende de la temperatura a la que se encuentre.

  ° C

ESTADOS GASEOSO, LIQUIDO Y SOLIDO 203

Page 18: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 18/39

Punto de ebullición

y

punto de congelación

 l punto de e ullición de un liquido

se define como la temperatura a la cual su

presión de vapor es igual a la presión atmosférica externa . Cuando se aplica calor

a un líquido, su presión de vapor aumenta hasta volverse igual a la presión atmosfé

rica. En ese punto, cuando una presión equilibra a la otra, el líquido puede evaporar

se libremente   se observa cómo las burbujas de vapor se forman. El punto de

ebullición varia con la presión atmosférica externa presente sobre la superficie del

Temperatura a Presión de

 

vapor torr

-10

2.1

 

4.6

5

6.5

10

9.2

15

12.8

16

13.6

17

14.5

18

15.5

19

16.5

20

17.5

21

18.6

22

19.8

23

21.1

24

22.4

25

23.8

26

25.2

27

26.7

28

28.3

29

30.0

30

31.8

35 40.2

40

55.3

45

71.9

50

92.5

55

118.0

60

149.4

65

187.5

70 233.7

75

289.1

80 355.1

85 433.6

90 525.8

95 633.9

100 760.0

110

1074.6

T L

7-3 Presión de vapor de agua en torr a di

ferentes temperaturas

  4 QUIMICA

Page 19: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 19/39

31. ¿C6mo se puede demostrar que la presión de vapor no depende de la canti-

dad de líquido?

30. Indique cuáles factores determinan el valor de la presión de vapor de un

líquido.

29. Defina el concepto presión de vapor.

28. ¿Por qué tienen forma esférica las gotas de los líquidos?

27. ¿C6mo se mide la viscosidad?

26. ¿A qué se llama viscosidad de un líquido?

25. Indique c6mo lapresión y la temperatura afectan el volumen de un líquido.

EJERCICIOS

líquido; así el punto de ebullición del agua a 150 torr es 60 C a 760 torr es 100 C

ya 10 atmes 170 C.

La propiedad delos líquidosdehervir a diferentes temperaturas y presiones  tiene

dos usos importantes: la deshidratación de alimentos y la olla de presión. En la in-

dustria alimentaria  los alimentos a deshidratar se introducen para prepararlos en

recipientes en donde se establece un vacío que reduce la presión sobre ellos a 10

 

15

torr; a esa presión el agua contenida en_losalimentos se evapora totalmente a iO ó

15   C sin que haya necesidad de calentarlos a temperaturas que podrían destruír sus

propiedades. En la olla de presión la tapa hermética evita el escape de vapor lo que

ocasiona una mayor presión dentro del recipiente y por lo tanto un aumento en el

punto de ebullición del agua; esto permite una cocción más rápida de los alimentos.

Al baj ar la temperatura de un líquido disminuye la energía cinética promedio

de sus moléculas y en consecuencia su presión de vapor decrece. A una cierta tem-

peratura característica de un líquido las fuerzas atractivas intermoleculares predo-

minan y losmovimientos moleculares cesan. Sieste fuera elúnico efecto del descenso

de temperatura el líquido enfriado se volvería extremadamente viscoso; sin embar-

go  ocurre un cambio más profundo no sólo se detiene el movimiento molecular de-

sordenado sino que las moléculas sedisponen en ordenamientos geométricos definidos

 Véase sólidos , lo que provoca que un líquido se transforme en un sólido cristalino.

Para una presi6n dada esta transformaci6n ocurre a una temperatura definida

llamada punto de congelación, que en un líquido es la temperatura en la cual su pre-

sión de vapor es igual a la del sólido en el que se convierte. La presión de vapor y el

punto de congelacióndeun líquido están íntimamente ligados  si aquélla se afecta tam-

bién se alterará éste. De esta manera a menor presión de vapor de un líquido menor

será su punto de congelación. Para el agua elpunto de congelación bajo una presi6n

de 760 torr es 0.0   C.

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 2 5

Page 20: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 20/39

Soluciones

Una solución es una mezcla homogénea de moléculas, átomos o iones de dos o

más substancias diferentes; por ser una mezcla, su composición es variable. Sin em

bargo, difiere de otros tipos de mezclas en cuanto a que sólo hay una fase presente

y no hay separación de partes apreciable en forma visible.

La naturaleza de las soluciones puede comprenderse mejor si se analiza lo que

sucede cuando sedisuelve, en agua, un terrón de azúcar; las moléculas de ésta, se des

ligan del terrón y se dispersan en el agua. Sus partículas son demasiado pequeñas pa

ra reflejar luz, por lo que no pueden verse ni aun con el microscopio más potente. Si

la solución se vierte sobre un papel filtro, las moléculas de azúcar pasan junto con las

de agua, a través de los poros del papel.

Si la sal común, NaCl, se disuelve en agua, se forman pequeñas partículas (iones

 a yCl )que se desligan de las fuerzas de atracción que las mantienen en forma de

sólido, y se mezclan uniformente con las moléculas de agua. E sta solución difiere de

la de azúcar, en que ésta última es una mezcla de moléculas de dos substancias, en

tanto que la de cloruro de sodio es una mezcla de los iones de una substancia con las

moléculas de otra. Las figuras 7-6y 7-7muestran los procesos de solución en agua

para la sal común y el azúcar. Las moléculas polares del agua atraen a los iones y los

arrastran lejos del cristal para formar agrupaciones de iones solvatados. Las mo

léculas de azúcar forman enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua.

38. Explique el principio de la olla de presión.

37. Describa el método utilizado para deshidratar alimentos.

36. Indique cuál será el punto de ebullición de los compuestos siguientes, si se

encuentran a las presiones atmósfericas que se indican.

Cloroformo, 600 torr; agua, 25 kPa;

tetracloruro de carbono, 1 atm; éter dietílico, 1000 torr

35. A continuación se indican las presiones de vapor de algunos compuestos a

20 C. Ordene los compuestos en grado creciente de volatilidad.

Mercurio, 0.001torr; benceno,74.7torr; agua, 17torr; ácidoacético, 11.7 torro

Cloroformo 60  

Tetracloruro de carbono 40   C

Agua 4 kPa

Eter dietílico 20  

33. ¿Cuál es la presión de vapor del mercurio a 25 OC?

34. Indique el valor de la presión de vapor de los siguientes líquidos, a las tem

peraturas señaladas.

32. Dibuje el equipo necesario para medir la presión devapor deun líquido a una

temperatura determinada.

 D aUIMICA

Page 21: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 21/39

 IGUR 7-7. Disolución de sacarosa azúcarde mesa en agua.

En una solución, la substancia que se presenta en mayor cantidad se llama

  -

solv nt

el otro u otros componentes se llaman

solutos

Por ejemplo, el refresco es

una solución de agentes colorantes   saborizantes, bióxido de carbono y azúcar en

agua; en donde el agua es disolvente y las otras substancias los solutos. En cualquier

solución su estado es igual al del disolvente. En el ejemplo del refresco, la solución

es una mezcla de gas, sólidos   líquido; puesto que el disolvente es líquido, la solución

también lo es.

Los tres estados de la materia pueden combinarse de nueve formas diferentes

para formar mezclas binarias de dos componentes ; sin embargo, los sólidos y los lí

quidos no se disuelven en los gases. La tabla 7-4muestra los diversos tipos de solu

ciones.

 IGUR 7-6. Disolución de cloruro de sodio sal común en agua.

ESTADOS GASEOSO, LIQUIDO Y SOLIDO 207

Page 22: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 22/39

FIGUR 7-8. Curvasde solubilidad de distintas substancias.

10 20 30

40 50 60

70 80

90 100

Temperatura

-c

 

py

 

l> 

~O

 

_ . .

V

 

_ : r r :

~

~

~

 

~

 

~

NaCI

 

V

¡ . . . . . . .

r

~ S04 3

180

160

Solubilidad

140

en gramos

de soluto 120

por 100g

de agua

100

80

60

40

20

1.

Casi todos los nitratos y los acetatos son solubles.

2. Todos los cloruros son solubles, excepto el AgCl, el Hg

2

Cl

2

y el Pb C1

2•

Este

último es soluble en agua caliente.

3. Todos los sulfatos son solubles, excepto el BaS04 el SrS04 y el PbS04. El

CaS04

y

el Ag

2

S0

4

sólo son ligeramente solubles.

4. Casi todas las sales de los metales alcalinos Li, Na, K, etc.) y las sales de

amonio, son solubles.

Las soluciones más utilizadas en química general son las que tienen agua como

disolvente y como soluto un ácido, una base o una sal soluble. Las siguientes genera-

lidades permiten establecer los casos en los que se pueden formar soluciones con com-

puestos sólidos como solutos;

Azúcar en agua

Aleaciones, bronce, plata en plomo

Sólido

Gas

Líquido

Sólido

Bebidas alcohólicas

 alcohol yagua

Amalgamas, mercurio en oro

Todas las mezclas de gases

Aire-bebidas gaseosas

Hidrógeno en paladio

Gas

Líquido

Sólido

Gas

Líquido

Sólido

Líquido

Solución

ase del soluto

Ejemplos

Gas

T L

7-4 Distintos tipos de soluciones

Componentes

208 QUIMICA

Page 23: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 23/39

Ejemplo

Una solución al 15 de cloruro de magnesio en agua, contiene, 15 g de soluto y 85 g

de disolvente para formar 100 g de solución.

  orcentaje por masa

El porcentaje por masa de un soluto en una solución, significa las partes en ma-

sa del soluto en 100 partes de solución.

  or masa

=

masa de solu~o X 100

p masa de solución

Concentración de las soluciones

Se llaman

soluciones diluidas

las que contienen una pequeña cantidad de soluto

en un volumen determinado de agua; se llaman soluciones concentradas las que con-

tienen una gran cantidad de soluto en un volumen determinado de agua.

Una

solución saturada

contiene la cantidad necesaria de soluto disuelto para la

existencia de un equilibrio entre el soluto no disuelto y el disuelto. Esta solución se

forma por medio de una vigorosa agitación con exceso de soluto.

Una solución sobresaturada está más concentrada que una solución saturada.

Para prepararla se forma una solución saturada, a temperatura elevada, y se enfría

cuidadosamente para evitar la cristalización. Una solución sobre saturada es un sis-

tema inestable que con facilidad se convierte en una solución saturada.

Es importante señalar que una solución saturada no es necesariamente concen-

trada. Por ejemplo, cuando el CaC0  permanece en contacto con cierta cantidad de

agua hasta que se  alcanza un equilibrio entre el carbonato disuelto y el que está sin

disolver, la solución saturada es extremadamente diluida, pues el carbonato de cal-

cio es muy poco soluble.

Las cuatro soluciones citadas son poco precisas y no indican, de manera cuanti-

tativa el soluto   el disolvente; en las cuatro secciones siguientes se muestran los mé-

todos cuantitativos más comunes, los cuales sirven para expresar la concentración

de las soluciones. De los cuatro, se debe seleccionar el más adecuado de acuerdo con

el uso que se vaya a dar a la solución.

La cantidad de soluto que se disuelve en 100 gramos de agua para producir una

solución saturada se denomina solubilidad La temperatura a la que se encuentra el

agua influye en la solubilidad; generalmente, al aumentar la temperatura aumenta la

cantidad de soluto que puede disolverse. En la figura 7 8 se indican las solubilidades

de diversos compuestos a distintas temperaturas, para formar las llamadas curvas

de solubilidad.

5. Todos los óxidos e hidróxidos son insolubles, excepto los de los metales alca-

linos y ciertos metales alcalino térreos (Ca, Sr, Ba, Ra). El Ca (OH)2 es sólo

moderadamente soluble.

6. Todos los sulfuros son insolubles, excepto los de los metales alcalinos, los me-

tales alcalinotérreos y el sulfuro de amonio.

7. Todos los fosfatos y los carbonatos son insolubles, excepto los de los meta-

les alcalinos y las sales de amonio.

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 209

Page 24: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 24/39

Solución de MgCI2 1 m

 IGUR 7-10. Preparaciónde una solución acuosa1 molal 1m) de cloruro de magnesio MgCI

2).

+

=

~~~~

 o·,{ ' <¡.;f ; ,

95,Ogde MgCI

 

Ejemplo

Una solución 1m de cloruro de magnesio se prepara a disolver 95 g de cloruro

de magnesio en un kilogramo de agua.

 ol lid d

La molalidad (m)se define como el número de moles de soluto sobre kilogramo

de disolven te. Este método para expresar la concentración está basado en lamasa de

soluto (enmoles) por unidad en masa (en kg) de disolvente.

Moles de soluto

  ~~  ~~~~~~

Kilogramo de disolvente

¿Cuántos gramos de nitrato de plata se requieren para preparar 400 g de una

solución al5 ?

5  de AgN0  X 400 g de solución

1OO

=

20 g de AgN0

 

Problemas de ejemplo

¿Cuál es el tanto por ciento en masa de una solución que contiene 15g de cloru

ro de sodio en la suficiente agua, para obtener 165 g de solución?

_~-=-15-=g-;-d_e_N-:-a_C....,.I-:--_100

=

9.09   de NaCl

165 g de solución

 IGUR 7-9. Preparaciónde una solución acuosaal 15 en masa)de cloruro de magnesio MgCI2).

1.00 litro de una solución de MgCI2

 

1009 de una solución

de MgCI2 a 15.0 

15.0 9 de MgCI 

OUIMICA

(96 g)(1mol)=1 mol96 g

m=1 mol/1 kg=1 m

  _____

Page 25: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 25/39

95. Ogde MgCI 

+

Enun matraz aforado  

.00

litro de una solución

de MgCI

  ,.00M

FIGURA 7-11. Preparaciónde una solución acuosa molar 1 M) de cloruro de magnesio MgCI2

Ejemplo

Un litro de solución 1 M de cloruro de magnesio, se prepara con 95 g de éste

en un matraz aforado de un litro de capacidad y con agua hasta completar la canti-

dad señ.alada.

M  Moles de soluto

Litro de solución

Este método deexpresar la concentración, es útil cuando se emplean equipos vo-

lumétricos probetas, buretas, etcétera con el fin de medir una cantidad de solución.

  partir del volumen medido, un cálculo simple permite determinar la masa del solu-

to empleado.

 ol rid d

La molaridad M se define como el número de moles de soluto sobre un litro de

solución.

¿Cuántos gramos deNaOH serequieren para preparar

500

g deuna solución

3

m?

 Una solución

3

m de NaOH contiene

120

g de NaOH en

1120

g de solución .

500

de solucié X 120

g

de NaOH 536 d N OH

g e so ucion 1120 di. ,

=

g e a

  g

e so UClOn

3.34

moles de H

3

P0

4

1

kg de

H2

 

3.34m

1

mol de H3P04

X 1000

g de H20

98 g de H

 

P0

4

1 kg de H

 

0

Problemas de ejemplo

Calcular la molalidad de una soluciónde ácido fosfórico, que contiene

32.7

gen

100

g de agua.

32.7 g de H3P04 X

100

 

de H

ESTADOS GASEOSO, LIQUIDO Y SOLIDO 211

32.7g (1 mol)=0.336 mol H3PO4  98 g

  _____

100 g (1 kg) =0.1 kg H2O  1000 g

  ______ 

m=0.3336/0.1=3.36

Igual al anterior 

Page 26: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 26/39

1

. al F SO) Masa fórm6ula gramo g -_ 4060g = 66.6 g

equrv ente e2   3 =

Ejemplo 3

Masa fórmula gramo 142

1 equivalente Na2S04 = ---=-:.:=__:_:_::--=--=--==::2:-=--: ----2=-==-=-----2- g = 71 g

La masa equivalente en gramos 1 equivalente) de una sal se determina dividiendo

la masa fórmula gramo de la sal, entre la valencia total de los cationes número d€

moles de cargas positivas) que contenga la fórmula.

1 equivalente Al OH)3 = __ M_as_a__ó_rm--:3,-----u_la_gr=-am_o_ = _7_~_g_= 26 g

Masa fórmula gramo 40 g

1 equivalente N aOH = = -- = 40 g

 

Ejemplo 2

La masa equivalente en gramos 1 equivalente) de una base, se determina divi

diendo la masa fórmula gramo, de la base, entre el número de oxhidrilos sustituibles

que contenga la fórmula.

Ejemplo 1

1 equivalente HCl = Masa fórn~ula gramo = 36

 

g = 36.5 g.

Masa fórmula gramo 98 g_ -_ 49 g

1 equivalente H2S04 = 2 2

N = equivalentes de soluto

litro de solución

La masa equivalente en gramos 1 equivalente) de un ácido, se determina divi

diendo la masa fórmula gramo de la base, entre el número de oxhidrilos sustituibles

que contenga la fórmula.

 orm lid d

La normalidad N) se define como el número de equivalentes de soluto sobre un

litro de solución.

0.51 litros de solución

Calcular la cantidad de litros de solución 6M de ácido sulfúrico que se requieren

para contener 300 g de este ácido.

1 mol de H2 S04 XlI de solución

300 g de H2 S04 X 98 g de H2 S044 6 moles de H2 S04

=lm

mol de NaOH

1 1de solución

=-20~g-=d=e-=-N_:_:a::-=0::...::H=-_1 mol de NaOH

0.51 de solución 40 g de NaOH

Problemas de ejemplo

Calcular la molaridad de una solución de NaOH que contiene 20 gen 0.51 de so

lución.

  QUIMICA

M

Page 27: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 27/39

41. ¿Cuáles substancias son los solutos más frecuentes?

40. ¿Cuál es el disolvente que más se emplea en química general?

39. Defina los conceptos solución soluto y disolvente.

 J R I IOS

0.1 equivalente de H2S04

1 litro de solución

00 ml X 1 litro de solución

1000 ml

X ---:;--_4-;-9~g_d_e:-H- 2~S-;°d4 -- ;;-:. ---_2.45 g de H

2

S04

1 equivalente de H2S04

Calcular los gramos de H2S04 que se necesitan para preparar 500 ml de una solución

0.1 N

284 g de H P04 X 1 equivalente de H P04

1 litro de solución 32.7 g de H P04

8.68 equivalentes de H PO 4 8 68  

1 litro de solución .

Problemas de ejemplo

Calcular la normalidad de una solución de ácido fosfórico que contiene 284 g de solu

to en un litro de solución.

 j mplo 4

Para preparar una solución 1 N de cloruro de magnesio se colocan 47.5 g de éste

en un matraz aforado de un litro y se agrega agua hasta completar el aforo.

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO   SOLIDO 213

 

.. .d~~;· ...

47.5g de MgCI

 

En un matraz aforado

 

1.00 litro de una solución

de MgCI  1.00N

 IGUR

7-12. Preparación de una solución acuosa 1 normal 1

 

de cloruro de magnesio

 MgCI

2 .

Page 28: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 28/39

Presión osmótica

Cuando dos solucionesde diferente concentración están separadas por una mem-

brana semipermeable, las moléculas del disolvente de una solución fluyen, a través

de la membrana, de una menor a una mayor concentración.

La mem r n semiperme  le actúa como barrera entre dos soluciones, tiene

la propiedad de permitir que cierto tipo de moléculas pasen a través de ella e impide

el paso de otras especies en solución, pongamos por caso la de las células de la san-

gre, el pergamino y el celofán.

Por ejemplo, si un disolvente puro agua) y una solución acuosa azúcar) se en-

cuentran separadas por una membrana semipermeable, las moléculas del disolvente

atravesarán de una manera espontánea, pero con distinta velocidad, a la membrana

en ambas direcciones. De hecho, existe una migración neta de las moléculas del agua

hacia el lado donde está la solución, aumentando el volumen de la solución de azúcar.

Este fenómeno, conocido con el nombre de ósmosis, se ocasiona debido a que el

disolvente, por tendencia natural, se mueve a través de una membrana de una región

50. Resuelva los siguientes problemas:

al ¿Cuántos gramos de

azúcar

se utilizan para preparar 500 g de solución

allO  ?

b) ¿Cuál es la molalidad de una solución si se prepara disolviendo 400 g de

NaOH en 3 kg de agua?

e) ¿Quévolumen debe tener una solución para que al disolver 98 g de H

2

S0

4

su concentración sea 0.5 M?

d) ¿Cuántos gramos de sulfato de sodio se necesitan para preparar tres li-

tros de solución 2 N?

49. Escriba las ecuaciones que representan las cuatro formas cuantitativas de

expresar la concentración de las soluciones.

48.

¿Por qué no son sinónimos los términos solución saturada y solución con-

centrada?

47. ¿Cómo se prepara una solución saturada y cómo una sobresaturada?

46. Defina los conceptos solución saturada y solución sobresaturada.

45. Defina los términos solución diluida y solución concentrada.

44. Consulte las curvas de solubilidad e indique qué cantidad de soluto se disuel-

ve en

100

g de agua, a las temperaturas indicadas.

NaCI0  60 oC;NaCI, 80  c KBr, 10  c. KN0  20  c.

43. Defina el concepto solubilidad.

42. Cite tres soluciones de uso cotidiano.

  4 QUIMICA

Page 29: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 29/39

de menor a otra de mayor concentración. La ósmosis provoca una presión sobre ésta

última.

La presión osmótic de una solución es la presión que debe aplicarse sobre una

solución para impedir el paso del disolvente ósmosis) a través de una membrana se-

mipermeable. Las mediciones cuantitativas demuestran que la presión osmótica es

proporcional a la concentración mol l del soluto.

En ciertos casos, la presión osmótica puede ser tan grande que alcanza el valor

de cientos de atmósferas, por lo cual es muy importante en fisiologia.

El paso del agua hacia adentro o hacia afuera de una célula viva, es un proceso

biológico vital. Las células vivas están cubiertas por una membrana semipermeable

que permite elpaso libre de las moléculas del agua, iones y moléculas simples; sin em-

bargo, las moléculas complejas, formadas dentro de la célula a partir de estos mate-

riales, no la pueden atravesar. Si la concentración de un soluto es la misma en ambos

lados de la membrana, la presión osmótic es igual y las soluciones se dice que son

isotónic s Por ejemplo, la concentración normal de las sales en la sangre es isotóni-

c a una solución de NaCl 0.9 ; ésta última se llama solución salina fisiológica.

Cuando se colocan glóbulos rojos eritrocitos) en una solución salina isotónica,

no ocurre ningún cambio en las células; sin embargo, si los eritrocitos se encuentran

en una solución de menor concentración hipotónica) o en agua destilada, ésta atra-

vesará la membrana de las células, hinchándolas hasta provocar su ruptura; a este

fenómeno se le llama

hemólisis

Por el contrario, si los glóbulos rojos se introducen

en una solución de mayor concentración hipertónica), el agua fluirá de las células

a la solución y las paredes de éstas se contraerán; el fenómeno se llama

pl smólisis

o cren ción

FIGURA 7-13. Una membrana semipermeableal permitirá que pasen las moléculasde agua pero no las de

azúcar; las moléculas de agua irán de la región de menor concentración a la de mayor concentración.

b) Cuando el equilibrio se establece,la zona de la solución de azúcar ha aumentado de tamaño.

e) La presión osmótica es igual a la presión que debe aplicarsea la solución de azúcar para evitar que las

moléculasde agua pasen a la solución a través de la membrana semipermeable ósmosis).

 e)

~

L r ..J.

.  1  0  0  ::

. l.

O

< ? . .

... , . 0 O·

. ....   ).O .

O

.   . 1 . .Q:O·

. :0 0 o :

. . o· , .. ,

 b)

O.·~

O : 

O

:  O 0 

.   .   .1 . :  

0 : O   . : .

.,~.

 

. ·.~.O·.·O.

..........:....JZ O:··O··6:

La Presiónosmótica es

igual a la presión re

querida paraimpedir

l

la ósmosis,

ESTADOS GASEOSO, LIQUIDO Y SOLIDO 215

  a)

Membrana semipermeable

Solución

Agua azúcar .   )

. .  :  .  1 °0 0 - . 0 :

..... ~ .  0  

. .   .. . - - - - . ~   . .   O

.........+...

:0 ..

..... ~··o··o·

  . .   ,  .   , o :   0.  .

Page 30: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 30/39

Algunos de los solutos que contiene la sangre no son capaces de  tr ves r las

paredes de los capilares lo cual origina una mayor presión osmótica en la sangre en

comparación con los fluidos extracelulares que la rodean. El agua fluye de los líqui-

dos extracelulares a los capilares y mantiene a las venas llenas impidiendo el colapso

de los vasos sanguíneos.

Las disoluciones salinas inyectadas en el torrente sanguíneo deben ser isotó-

ni s

con respecto a la disolución interior de los glóbulos rojos. Sin embargo en algu-

nos casos la introducción de soluciones hiper o hipotónicas en la sangre puede tener

efectos terapeúticos.

Los laxantes salinos forman con una presión osmótica elevada una solución

hi-

 pertónica en el intestino lo que obliga al agua exterior a atravesar la pared intesti-

nal  de esta manera aumenta el líquido en el intestino y laxa a la persona.

 IGUR 7 14. Cambiosque ocurren en los glóbulos rojos cuando se introducen en

soluciones de diferente concentración.

Crenación

olución hipertónica

No hay cambio

olución isotónica

Hemólisis

olución hipotónica

Glóbulos rojos

 

angre

3 NaCI

Glóbulos rojos

0.9  NaCI

Glóbulos rojos

 

Agua

216 QUIMICA

Page 31: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 31/39

* Las partículas coloidales constituyen la fase dispersa.

** La materia continua en la que se dispersan las partículas coloidales se llama medio dispersante.

  Los soles que adoptan una forma semisólida, semirrígida por ejemplo, los postres de gelatina,

las jaleas de frutas se llaman gels.

Mantequilla, queso

Polvo en el aire

Almidón en agua, jaleas,

pinturas

Diama ntes negros, perlas,

ópalos, aleaciones

Jabonaduras, crema batida

Piedra pómez, malvavisco

Neblina, niebla, nubes

Crema, mayonesa, leche

Ejemplos comunes

Sólido

Sólido

Gas

Líquido

Líquido

Sólido

Gas

Líquido

Fase

Tipo dispersa*

Espuma

Gas

Espuma sólida

Gas

Aerosol líquido Líquido

Emulsión Líquida

Emulsión

sólida Líquido

Humo Sólido

Sol*** Sólido

Sol sólido Sólido

Medio

dispersante **

TABLA 7 5Tipos de sistemas coloidales

Coloides

Los diámetros de la mayoría de los iones, átomos y moléculas en solución, va

rían desde 0.5 hasta 3 angstrom aproximadamente. Sin embargo, pueden formarse

otras mezclas homogéneas en las que el tamaño de las partículas mezcladas sea ma

yor, porque el diámetro de las moléculas excede ese límite o porque las partículas de

la substancia se atraigan entre sí y formen agregados relativamente grandes de par

tículas.

Estos racimos, llamados p rtícul s coloid les pueden contener cientos o miles de

partículas y pueden variar en tamaño desde 10 hasta 1000

 

angstrom . Una mezcla

en la que una substancia se dispersa en otra, de manera que las partículas de la primera

substancia formen partículas coloidales, se llama dispersión coloid l Las dispersiones

coloidales pueden parecer soluciones a simple vista, pero no ser soluciones verdaderas.

El término dispersión coloidal se refiere al hecho de que las partículas coloida

les racimos de moléculas o iones, o bien moléculas de gran tamaño también llamadas

micelas están dispersas en otra substancia. Para referirse a las dispersiones coloida

les, los términos soluto y disolvente que se emplearon al hablar de soluciones se cam

bian por f se dispers y medio dispers n te que se refieren a las substancias que se

encuentran en menor y mayor cantidad, respectivamente, dentro de la mezcla consi

derada.

Puesto que tanto la fase dispersa como el medio dispersante pueden ser un gas,

un líquido o un sólido excepto dos gases, puesto que la mezcla de éstos es siempre

una solución , existen ocho tipos de sistemas coloidales. En la tabla 7-5, se indican

ejemplos de estos tipos y los significados de los términos espuma, espuma sólida, aero

sol líquido, emulsión sólida, sol, sol sólido y gel.

ESTADOS GASEOSO, LIQUIDO   SOLIDO 217

Page 32: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 32/39

Puesto Quela mayoría de las substancias pueden existir en el estado coloidal,

muchos campos de la química están relacionados con los coloides. Todos los teji-

dos vivos son coloidales, de aquí que las complejas reacciones bioquímicas se inter-

preten en términos de química coloidal. La parte de la corteza terrestre arable está

compuesta de materiales coloidales: en la industria, la química coloidal se aplica en

la preparación de pinturas, plásticos, jabones, derivados de la leche, gelatinas, etcé-

tera. En el mercado, para uso cotidiano, se encuentran la crema de afeitar espuma

y los insecticidas aerosoles .

Dos propiedades importantes de los coloides son el efecto Tyndall y la diálisis.

El efecto Tyndall consiste en la dispersión de la luz en todas direcciones, provo-

cada por las partículas coloidales. Este efecto explica por qué al penetrar un rayo de

luz en una habitación obscura se ven las partículas de polvo presentes en la atmósfe-

ra. En realidad, dichas partículas son demasiado pequefías para ser observadas; loque

se observa, es la dispersión de la1uz causada por ellas. Para distinguir una dispersión

coloidal de una solución verdadera sehace incidir un rayo de luz sobre ambas, notán-

dose la trayectoria del rayo únicamente en la dispersión coloidal.

La diálisis es un fenómeno que consiste en la difusión, a través de una membra-

na, de partículas de soluto de un medio de mayor a uno de menor concentración; tam-

bién, permite separar los solutos verdaderos de las dispersiones coloidales. Ciertas

membranas semipermeables, como la membrana celular y el papel celofán, impiden

el paso de las dispersiones coloidales a través de ellas; sin embargo, dejan pasar a las

particulas de pequefíos diámetros. La diálisis es un fenómeno biológico muy impor-

tante y puede apreciarse enelhechodeque el sudor solución atraviesa lapiel, en tanto

que la sangre dispersión coloidal queda retenida.

FIGURA 7 15 Propiedadesde los coloides 

Salidade disolvente

  8 QUIMICA

Page 33: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 33/39

Estructura de los sólidos

Las partículas del estado sólidode la materia están muy compactas y ocupan

posicionesrelativamente fijas lo cual hace que los sólidos tengan una forma defini-

da  Aunque las partículas de un sólidono se mueven libremente por las fuerzas de

atracción que existen entre ellas están vibrando alrededor de las posiciones que

ocupan

Cuandoun sólidose calientalo suficiente las vibracionesde sus átomos molécu-

las o iones se vuelven lo suficientemente grandes comopara romper los enlaces que

los mantienen unidos por loque el sólidose funde Aun sin fundirse las moléculas

de alta energía en la superficie de un sólido pueden pasar a la fase gaseosa

La presión devapor de un sólido a una temperatura dada es una medidade la

fuerzade atracción entre las partículas sólidas; los sólidos por lo tanto tienen pre-

sionesde vapor inferiores a los líquidos

Elexamendemuchossólidosdemuestra quesuestructura tiene una formageo-

métricadefinida llamada

cristal

Uncristal sedefinecomoun sólidoenelcual las uni-

dades estructurales están ordenadas en un patrón que serepite en tres dimensiones

Los cristales pueden variar en tamaño desde muestras microscópicasa grandes ro-

cas que pesan varios kilogramos

La forma externa de un cristal es el resultado del acomodo espacial de las

partículas que forman el cristal Este acomodoordenado en tres dimensiones se

  a

EST DO SOLIDO

60 Explique el fenómenode diálisis

59 Describa el efecto Tyndall

58 Indique cuáles la fasedispersa y cuáles elmediodispersante en lossiguien-

tes sistemas: niebla humo mayonesa perla jalea leche

57 Explique los términos espuma aerosol y gel Dé un ejemplo de cada uno

56 Defina los términos fase dispersa y medio dispersante

55 ¿Cuál es la diferenciaentre una solucióny una dispersión coloidal?

54 ¿Quées soluciónhipertónica y qué hipotónica?

53 ¿Quées soluciónisotónica? Déun ejemplo

52 ¿Quées presión osmótica?

51 ¿A qué se llama ósmosis?

EJERCICIOS

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 2 9

Page 34: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 34/39

FIGURA 7 16 Arreglos fundamentales de los ejes en los seis sistemas cristalográficos comunes

f Triclínico

3 ejes desiguales nin-

guno en ángulo recto

con respecto a los otros

e Monoclínico

3 ejes desiguales 2 en

ángulos rectos entre sí;

el 30  está en ángulo

recto con respecto a

uno pero no al otro

c  Ortorrómbico

3 ejes desiguales todos

en ángulos rectos entre

b Tetragonal

2 ejes iguales

 

1 eje de

diferente longitud; to-

dos en ángulos rectos

entre sí

d Hexagonal

3 ejes iguales   un 40

de diferente longitud; 3

a GOoCentre sí

 

el 40

en ángulo recto en re-

lación con los otros

tres

a Cúbico

3 ejes iguales en ángu-

los rectos entre si

 

QUIMICA

Page 35: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 35/39

Tipos de sólidos

El conocimiento acerca de la estructura cristalina hace posible relacionar las im

portantes propiedades físicas de los sólidos con dicha estructura. Además, los crista

les pueden clasificarse de acuerdo con la naturaleza química de sus partículas; esto

proporciona cuatro tipos de sólidos: covalentes, iónicos, moleculares y metálicos. En

la tabla 7-6 se presenta, para cada uno de estos tipos, la naturaleza de las partículas

que ocupan los puntos de la red, la naturaleza de los enlaces involucrados, unas cuan

tas propiedades características y algunos ejemplos.

ma red crist lin la cual puede considerarse como si estuviese formada por celdas

unitarias que son cada una de las partes más pequeñas de dicha red.

La forma de la celda unitaria y, por lo tanto, de todo el cristal, depende de la fuerza

de atracción entre las partículas y si son diferentes de sus tamaños relativos.

Un cristal siempre está rodeado de superficies o planos lisos que se encuentran

a ángulos rectos o, algunos a ángulos característicos. La estructura de los cristales

se describe mejor mediante ejes imaginarios trazados a través de sus centros y

paralelos a los planos.

Todos los cristales que se han estudiado pertenecen a algunos de los seis arre

glos fundamentales de los ejes. Estos seis sistemas cristalográficos se presentan en

la figura 7-16.La celda unitaria de un sistema cristalográfico puede presentar las par

tículas que la constituyen en diferentes arreglos estructurales. Por ejemplo, en el sis

tema cúbico hay tres tipos comunes; la red puede estar formada por la celda cúbica

sencilla, la cúbica centrada en las caras o la cúbica centrada en el cuerpo figura 7-17 .

 IGUR 7 17. Distintas distribuciones de los átomos en el sistema cúbico.

Red cúbica centrada en el cuerpo

ed cúbica centrada en las caras

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 221

Red cúbica sencilla

Page 36: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 36/39

 

e n

o

 C.

E

Q

W

e n

 

Q

O

 

u

E ::J

Q

- g

. ~ s

8

e n

~

o

u J U tl

.~ o ::J

 C.c-o

E ~ §

r o

.o

u

e n

Q

-o

r o

-o

Q

c

o

e l :

6

  ::

Q

-0-0

  ~ o c

  :2

~ ~ §  

O O a..2

Q

t::

Q)

::J

-

>

::J

~

e n

e n . g

Q) .

c  

o r o

.. a.

tí E

~ o

w

u

o

el

«

~

Q)

::J

-

e n

e..

ni

::J

a. ~

::J t: :

  . ) r o

o

a.

e n

o

>

e n ; ;

Q . ¡ ¡ ¡

 

o a.

 1)

e n

 

E~

::J ....

 e n

a.

ro

g _ e n

t= .3 ~

Q

c  1)

~ o

r o

 

o

8 ~

o

.s

c

-o

e

~

 

e

Q)

 1)

e

el.

Q)

::1

C

1)

~

u

 ~

.~

 

)

 

u

e

 

U

 1)

.

Q)

 

1)

 

e

::1

l:Il

 ij

>

 1)

o

~

: o

 1)

Q)

 

1)

o

el.

 ~

 1)

.2

e

 

e

Q)

e

  e

  ¡ ;

 

~

¡¡:

~

222 QUIMICA

Page 37: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 37/39

 ólidos iónicos

Las partículas que ocupan los puntos de la red en un sólido iónico son iones po-

sitivos y negativos. Las fuerzas que mantienen al cristal unido son las atracciones elec-

trostáticas bastante fuertes entre los iones de carga opuesta. Por lo tanto estos

sólidos tienen puntos de fusión bastante elevados son duros quebradizos   malos

conductores de la electricidad. Entre los ejemplos de sólidos iónicos tenemos al   o-

ruro de sodio NaCl al nitrato de potasio KNOg al sulfato de sodio Na2S04

ólidos cov lentes

En los sólidos covalentes los puntos de la red cristalina están ocupados por áto-

mos que comparten electrones con sus vecinos. Estos enlaces covalentes se extien-

den en direcciones fijas y unen al cristal en una estructura entrecruzada gigante. Los

enlaces covalentes son bastante fuertes y  como resultado los sólidos son bastante

duros tienen un punto de fusión alto y son poco conductores de electricidad.

El ejemplo clásico de este tipo de sólido es el diamante en el cual todos los áto-

mos de carbono están colocados juntos en una red de enlaces covalentes. Cada átomo

está unido a otros cuatro a la misma distancia unos de los otros; cualquiera de éstos

puede considerarse como si estuviese en el centro de un tetraedro con cuatro átomos

en los vértices. Este patrón se repite a través de todo el cristal el cual se convierte

en una molécula gigante.

Asimismo  en el grafito cada átomo está unido mediante enlaces covalentes a

sólo otros tres  los cuales se encuentran situados en el mismo plano con un ángulo de

 2

grados entre ellos. De esta manera los átomos de carbono se colocan en los vérti-

ces de hexágonos adyacentes y forman planos.

Los átomos de cierto plano se mantienen unidos mediante enlaces covalentes

fuertes pero las fuerzas entre los planos son débiles. Como resultado los planos pue-

den resbalarse unos entre otros; esto hace que el grafito sea suave y con aspecto de

hojuelas. Más aún esta estructura requiere sólo de tres de los electrones de los áto-

mos de carbono para formar enlaces covalentes fuertes. Un electrón se encuentra re-

lativamente libre para moverse lo que da al grafito su capacidad de conducir una

corriente eléctrica propiedad que no tiene el diamante.

FIGURA 7 18. Estructuras cristalinas del diamante

y

del grafito que muestran la diferenciaentre la

distribución de los átomos de cada uno.

Page 38: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 38/39

 ólidos molecul res

En los sólidos moleculares los puntos de la red están ocupados por molécu

las. Las fuerzas de atracción entre las moléculas de estos sólidos pueden ser de dos

tipos. Las fuerzas de dispersión de London, relativamente débiles, están en todos

los sólidos moleculares. Si las moléculas del sólido son polares, hay fuerzas adicio

nales que actúan entre los polos de cargas opuestas. Sin embargo, estas fuerzas no

son muy fuertes cuando se comparan con los enlaces covalentes o iónicos. De esta

manera, los cristales moleculares tienen puntos de fusión bajos, generalmente son

muy blandos y no conducen la corriente eléctrica. Ejemplos de sólidos moleculares

son los cristales de iodo, 1

2

de hielo seco, CO

2

y de hielo común, H

2

0.

 ólidos metálicos

La red cristalina de los sólidos metálicos consta de átomos, en los cuales los elec-

trones externos pueden moverse libremente de átomo a átomo.

En realidad, debido a que sus electrones externos se pueden mover libremente

en la red cristalina, las partículas que forman el cristal metálico son iones positiva

mente cargados, en lugar de átomos. Los electrones que semueven pertenecen al cristal

como un todo y son la fuerza de cohesión en el metal. Esta movilidad de los electro

nes les da a los metales su alta conductividad eléctrica.

El número de electrones libres que se tienen para el enlace varía de grupo a gru

po en la tabla periódica, esto explica, parcialmente, por qué las propiedades de los me

tales varían tanto. Algunos son mejores conductores que otros; sus puntos de fusión

y dureza varían en un amplio rango; el potasio funde a 62   C, en tanto que el hierro

funde a 1535 C: el sodio es tan suave, que puede cortarse con un cuchillo; el tungste

no es un metal duro que se utiliza para hacer aleaciones que pueden cortar el acero.

En la figura 7-19 se presenta la red del cloruro de sodio, la cual, como todas las

sales iónicas, sólo existe en condiciones iónicas y no moleculares. En la red, cada ion

de sodio tiene seis iones cloruro como vecinos cercanos, uno a la derecha y otro a la

izquierda, uno arriba y otro abajo, uno enfrente y otro detrás. De manera semejante,

cada ion cloruro tiene seis iones sodio como vecinos inmediatos.

FIGURA 7 19. Modelo de red cúbica sencilladel cristal de cloruro de sodio.

elon sodio Na Ion cloruro CI

224 QUIMICA

Page 39: 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

7/26/2019 7. Edo. Gaseoso, Líquido y Sólido

http://slidepdf.com/reader/full/7-edo-gaseoso-liquido-y-solido 39/39

72  Describa la estructura cristalina de los metales

¿Por qué son tan buenos conductores de la electricidad? ¿Cuál es la princi-

pal fuerza de cohesiónen los metales?

71 Describalaestructura cristalina delossólidosmoleculares ¿Por quésontan

blandos

y

sus puntos de fusión tan bajos?

70  Describa la estructura cristalina del clorurode sodio

69 ¿Por qué el grafito conduce la corriente eléctrica?

68 ¿Por qué el grafito es más suave que el diamante?

67 ¿Quéexplicaciónpuede darse de la dureza del diamante?

66 Haga una lista de los seissistemas cristalinosprincipales

y

mencionelas ca-

racterísticas distintivas de cada uno de ellos

65 ¿Quétipos de celdas cúbicas existen? Dibújelas

64 Defina los siguientes términos:

a sistemas cristalográficos

b red cristalina

c celda unitaria

63 ¿Por qué un sólidodebe absorber calor para fundirse?

62 En función de la teoría cinética molecular expliquepor qué los sólidos:

a sonprácticamente incompresibles

b se expanden cuando se calientan

c tienen una forma definida 

61 ¿Quées un sólidocristalino?

 J R I IOS

ESTADOS GASEOSO LIQUIDO Y SOLIDO 5