Estados de La Materia

ESTADOS DE LA MATERIA ESTADO SÓLIDO – LIQUIDO - GAS

A NIVEL ATOMICO MOLECULAR SÓLIDO

LIQUIDO

GAS

COMPARACION DE PROPIEDADES GENERALES SÓLIDOS

LIQUIDOS

GASES

Tienen forma definida

Carecen de forma definida

Carecen de forma definida

Son casi incompresibles

Ligeramente compresibles

Son compresibles

Suelen tener mayor densidad que los líquidos

Alta Densidad

De baja densidad

No son fluidos

Son fluidos

Son altamente fluidos

Sus partículas S tí l se encuentran muy cercanas y guardan un orden en muchos casos regular

Sus partículas S tí l se encuentran desordenadas, ya que tienen cierto grado de movimiento

Sus partículas S tí l se encuentran en total desorden, muy alejadas una de otras , siendo despreciable la interacción molecular.

EJEMPLO : PARA EL AGUA PURA

MOLECULA DE AGUA

PARA EL BROMO: CAMBIOS DE ESTADO

Br2(g)

Br2(l)

Br2(s)

AUMENTO DE TEMPERATURA

UNIDADES ETRUCTURALES DE LA MATERIA La materia que observamos, usamos y transformamos a diario,, están formados p por unidades estructurales q que pueden ser los átomos neutros, iones y moléculas.

ESTADO SÓLIDO En estado sólido las unidades estructurales : moléculas, átomos o iones, se encuentran en contacto unas con otras y dispuestas en posiciones fijas unidas por grandes fuerzas de atracción eléctricas (Interatómicas o intermoleculares). Las partículas pueden vibrar alrededor de sus posiciones fijas, fijas pero no pueden cambiar de posición debido a que no tiene fluidez. De ahí la forma y el volumen invariables y la débil compresibilidad de los sólidos.

Algunos sólidos

Red atómica Diamante (C)

Red iónica de sal común (NaCl) ( )

Red metálica (Au) Red atómica Sílice (SiO2)

TIPOS DE SÓLIDOS 1) SÓLIDOS CRISTALINOS Compuestos p por átomos,, moléculas o iones p organizados espacialmente bajo un patrón geométrico y de una forma periódica en tres dimensiones. Las posiciones i i ocupadas d siguen i una ordenación d ió que se repite para grandes distancias atómicas (de largo alcance). alcance)

2) SÓLIDOS AMORFOS Compuestos por átomos, moléculas o iones que no presentan un ordenamiento regular o geométrico de largo alcance. Pueden presentar ordenación de corto alcance, es decir en ciertas zonas del material existe un cierto grado de orden. ORDENAMIENTO NO REGULAR, SE NOTA QUE NO EXISTE UN PATRÓN Ó DE ORDEN DE PARTÍCULAS QUE SE REPITE

COMPARACION DE LA ESTRUCTURA DE UN SÓLIDO CRISTALINO Y AMORFO SÓLIDO CRISTALINO

SÓLIDO AMORFO

CARACTERISTICAS SÓLIDOS CRISTALINOS ¾

Tienen arreglo g g geométrico definido,, es decir las partículas se encuentran dispuestos en tres dimensiones guardando un patrón definido.

¾

Sus p propiedades p físicas como la dureza,, reflexión de la luz, fragilidad, tenacidad son anisotrópicas.

¾

Tienen temperatura p o p punto de fusión ((T°C)) definida . Ejm. Tf (NaCl)= 803ºC

¿Q QUÉ ES ANISOTROPÍA? Al medir una propiedad física en un sólido cristalino, el valor de la magnitud de estas cambia al cambiar la dirección de medición, como en el grafico.

La facilidad en el corte en la dirección A para este sólido es diferente que la medida en la dirección B. l la otras t propiedades i d d físicas también varían de magnitud.

SÓLIDO SÓ O AMORFO O O ¾ ¾

¾ ¾

No posee arreglo N l geométrico ét i d fi id y se les definido l denomina líquidos súper enfriados. S isotrópicos Son i tó i quiere i d i que la decir l magnitud it d de d las propiedades medibles son iguales en cualquier dirección. dirección NO tienen temperatura de fusión definida: etapa de reblandecimiento. reblandecimiento Son menos densos que sus respectivas formas cristalinas esto se debe a que existen grandes cristalinas, espacios no ocupados por partículas, esto incrementa el volumen y por ende disminuye la densidad.

SÓLIDOS CRISTALINOS

CONCEPTOS SOBRE MATERIALES CRISTALINOS ¾ E t Estructura t cristalina. i t li E la Es l f forma geométrica como los átomos, moléculas o i iones se encuentran t espacialmente i l t ordenados. ¾ Á Átomos o iones son representados j como esferas de diámetro fijo. ¾ Celda unitaria: Es el menor grupo o unidad geométrica de partículas representativo de una determinada estructura cristalina. cristalina

¿ COMO SE DETERMINÓ LA ESTRUCTURA CRISTALINA?

Una de las técnicas experimentales fue la difracción de rayos X

TIPOS DE CELDAS UNITARIAS SISTEMA CÚBICO

Sistemas cristalinos

TIPOS DE SÓLIDOS CRISTALINOS

SÓLIDOS IÓNICOS Un sólido iónico se caracteriza por que sus partículas (cationes – aniones) estan unidos por enlaces ionicos es decir dec grandes g a des fuerzas ue as electrostaticas.

SAL COMUN (NaCl)

En el paso (1) los átomos de sodio pierden electrones los cuales son ganados por los átomos de cloro. cloro Estos átomos se transforman en iones y se atraen por fuerzas eléctricas (2) (2).

SÓLIDOS COVALENTES

SÓLIDOS METALICOS ATOMOS DE ORO UNIDOS MEDIANTE ENLACE METALICO

RED METALICA DE ORO

SÓLIDOS MOLECULARES

Isomorfismo: minerales de distinta composición tienen la misma s a est estructura uctu a cristalina. c sta a EJEMPLOS :

Siderita (FeCO3)

Magnesita (MgCO ( CO3 )

Polimorfismo cuando dos minerales tienen la misma composición p pero p diferente estructura cristalina. Ejemplos : caso particular de las formas alotrópicas p del carbono Di Diamante t (C)

Grafito (C)

ESTADO LÍQUIDO • En los líquidos las partículas constituyentes están en contacto unas con otras, unidas por fuerzas de atracción eléctricas de menor intensidad que en el estado sólido. • De ahí que los líquidos poseen volumen constante y débil compresibilidad, También por esto, las densidades de los líquidos son, en general, algo inferiores al del sólido. • Las partículas que constituyen el líquido no se encuentran fijas, sino que pueden moverse unas en relación a otras siendo fluídos. • El líquido posee forma variable pero volumen definido y p además se consideran isotrópicos.

ALGUNOS LÍQUIDOS AGUA LIQUIDA

BROMO LIQUIDO

MERCURIO LIQUIDO

PROPIEDADES FÍSICAS 1) PRESIÓN DE VAPOR (Pv°C).- es la presión que ejerce j la l fase f vapor sobre b las l paredes d del d l recipiente a una determinada temperatura. EQUILIBRIO DE FASES L-V

H 2O( l ) → H 2O( v )

H 2O( l ) ⇔ H 2O(V )

PRESIÓN DE VAPOR (Pv)

Pv saturado

PRESIÓN DE VAPOR (Pv (Pv)) AGUA

ETANOL

1) Se S sabe b que ell etanol es más volátil que el agua por ello presenta mayor presión de vapor (Pv) 2) Esto se debe a que el etanol t l presenta t menor intensidad de fuerzas intermoleculares

Presión de vapor de algunos líquidos

CURVAS DE PRESIÓN DE VAPOR

a) Etanol b) Benceno c) Agua d) Tolueno e) Anilina

2) TENSION SUPERFICIAL.SUPERFICIAL.- Se trata de una fuerza intensa que se manifiesta en la superficie de los líquidos , producto del desbalance de fuerzas de las moléculas superficiales respecto a las moléculas internas. Su magnitud g tiene relación directa con la intensidad de la fuerza intermolecular.

FUERZA NETA HACIA ABAJO

CAPILARIDAD La capilaridad es el ascenso o descenso de líquidos por tubos muy estrechos llamados capilares, generalmente de vidrio. q asciende p por las El líquido fuerzas atractivas entre sus moléculas y la superficie interior del tubo. Estas son fuerzas de adhesión. Hay que diferenciarlas de las fuerzas de cohesión, que son las fuerzas que unen las moléculas entre sí, y que son responsables de su condensación. d ió

CAPILARIDAD

3)) VISCOSIDAD.- Es una ppropiedad p que q mide el grado de fricción interna de las moléculas de un líquido para su propio movimiento. Depende considerablemente del tamaño y fuerza de interacción molecular y tiene relación inversa con la temperatura. A mayor viscosidad , el líquido fluye de modo más lento , como por ejemplo la miel de abeja. A li Aplicación ió : • transporte de fluidos (líquidos y gases) • sistemas de lubricación En viscosidad : SÓLIDO Ó > LÌQUIDO Ì > GAS

COMPARACION DE LA VISCOSIDAD DE TRES LIQUIDOS DIFERENTES

VISCOSIDAD

1)Viscosidad 1)Vi id d de d la mayoría de los líquidos disminuye al aumentar la T

2)La viscosidad de los líquidos depende de la intensidad de las fuerzas intermoleculares y de la forma de las moléculas

VISCOSIDAD DE VARIOS LÍQUIDOS

ESTADO PLASMATICO Aparte A t d de estos t t tres estados t d d de agregación ió es interesante considerar un cuarto estado, llamado plasma, en el que la materia está formada por una mezcla de núcleos atómicos y electrones libres, por ello es utilizado en las comunicaciones ya que esta fase de la materia abunda en una de nuestras capas llamada Ionosfera. El plasma se caracteriza por presentar efectos colectivos l ti d gran alcance, de l es decir d i la l interacción i t ió de d atracción de sus partículas se manifiestan a grandes distancias lo que no ocurre en las otras fases El plasma constituye el 99% de la materia del universo, pues en él se encuentra toda la materia q p que forma el Sol y las demás estrellas, a temperaturas de miles y millones de grados.

ESTADO PLASMATICO

Núcleos atómicos

Electrones El t libres

PLASMAS NATURALES ¾ Las

auroras boreales. ¾ La ionosfera ionosfera. ¾ Las descargas eléctricas (rayos, truenos). ¾ En el sol y demás estrellas. ¾ El viento solar solar. ¾ La cola de los cometas entre otros.

TIPOS DE PLASMAS PLASMA

PLASMA CALIENTE O TÉRMICO

EN ESTE TIPO DE PLASMA LA TEMPERATURA TANTO DE LOS IONES (ESPECIES PESADAS) COMO LOS ELECTRONES SUPERAN LOS 107 GRADOS CELSIUS

PLASMA FRIO

ESTOS PLASMAS SE CARACTERIZAN POR EL HECHO DE QUE LA TEMPERATURA DE LAS ESPECIES PESADAS (IONES) ES CERCANA A LA TEMPERATURA AMBIENTE (25-100 GRADOS CELSIUS) Y LA DE LOS ELECTRONES ENTRE 5000 Y 105 GRADOS CELSIUS

GRAFICA COMPARATIVA

PLASMAS NATURALES

UNA LLAMA ES UN EJEMPLO DE GAS PARCIALMENTE IONIZADO QUE CONDUCE LA ELECTRICIDAD. EL COLOR ROJO ANARANJADO SE DEBE A LA LUZ EMITIDA POR PARTÍCULAS DE CENIZA QUE ASCIENDEN POR CONVECCIÓN; EL INTENSO AZUL DE LA BASE DE LA LLAMA ES CONSECUENCIA DE PROCESOS DE DESEXCITACIÓN RADIATIVA DEL OXÍGENO.

LOS RAYOS SON PLASMAS FRIOS MUY IONIZADOS. EN LA FOTO SE MUESTRA UN RAYO NEGATIVO, ESTO ES, PRODUCIDO ENTRE UNA NUBE CON CARGA ELÉCTRICA NEGATIVA Y EL SUELO ENTRE LOS QUE LLEGA A EXISTIR UNA SUELO, DIFERENCIA DE POTENCIAL ELÉCTRICO DE HASTA 100.000 VOLT. EL 95% DE LOS RAYOS SON DE ESTE TIPO.

ETAPAS DE LA FORMACION DEL PLASMA

ESTE PLASMA ESTA CONSTITUIDO POR ACETILENO, ARGON, HIDROGENO MOLECULAR, IONES Y ELECTRONES LIBRES. A MEDIDA QUE PASA EL TIEMPO DEBIDO A LA DESCARGA ELECTRICA EN LOS ELECTRODOS LOS GASES SE EMPIEZAN A IONIZAR Y ALGUNAS A DISOCIARSE, PERO EN TODO MOMENTO LA CARGA NETA EN EL PLASMA ES CERO.

SOLDADURA POR ARCO DE PLASMA Principalmente, se utiliza en uniones de alta calidad tales como en construcción aeroespacial, plantas de procesos químicos e industrias p petroleras. El estado plasmático se alcanza cuando un gas es calentado a una temperatura suficiente para conseguir su ionización, separando así el elemento l t en iones i y electrones. l t En la soldadura por plasma la energía necesaria para conseguir la ionización la proporciona el arco eléctrico que se establece entre un electrodo de tungsteno y el metal base a soldar. Como soporte del arco se emplea un gas, generalmente Argon puro o en ciertos casos Helio con pequeñas proporciones de Hidrogeno u Oxigeno , que pasa a estado plasmático a través del orificio de la boquilla que estrangula el arco, dirigiéndose al metal base un chorro concentrado que puede alcanzar los 28.000 ºC.

ANTORCHA DE PLASMA Soldadura usando la energía de que libera una antorcha de plasma de oxigeno En este caso se esta oxigeno. utilizando para cortar una pieza de acero muy compacto.

TELEVISORES PLASMA Los televisores plasma tienen básicamente las mismas características que un LCD (ocupan mucho menos espacio que una tele standart tienen grandes tamaños consumen menos electricidad, l t i id d no parpadean, no son tan afectados por el brillo del ambiente, tiene mayor brillo) pero la tecnología es diferente. el plasma encapsula, entre dos placas de vidrio los gases de neon y xenon vidrio, (gases nobles), los cuales se convierten electricamente en plasma que luego pueden emitir plasma, luz