Clase 7- LIQUIDOS

C

P

P2

B”

A” B”=A ”

P2 P

P1 T2 T1

P1

A=B

T1

T2 T

Líquidos         

Volumen propio pero no forma propia. Orden intermedio entre el desorden de los gases y el orden de sólidos. Son incompresibles. Fuerzas intermoleculares mayores que en gases y menores que en sólidos Siempre evaporan, capa superficial. Mayor densidad que la de los gases y menores que la de los sólidos. Viscosidad mayor que la de los gases. Presentan fenómeno de tensión superficial. Presentan fenómeno de capilaridad.

 La

tensión superficial es la resistencia que presenta un líquido al aumento o rotura de su superficie, y también depende de las fuerzas intermoleculares. El efecto de estas fuerzas es tirar o traccionar las moléculas hacia el interior de la superficie.

tensión superficial de un líquido es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.

Tensión superficial 

Otra manera de verlo es que una molécula en contacto con su vecina está en un estado menor de energía que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las moléculas interiores tienen todas las moléculas vecinas que podrían tener, pero las partículas del contorno tienen menos partículas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado más alto de energía. Para el líquido, el disminuir su estado energético es minimizar el número de partículas en su superficie.

Tensión superficial Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema será disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible. Como resultado es minimizar la superficie para disminuir su estado de energía 

 La

capilaridad es la capacidad de un líquido para ascender por un tubo estrecho, gracias a las fuerzas de atracción entre sus moléculas y la pared interior del tubo (fuerzas de adhesión). El líquido sólo puede ascender hasta un límite, ya que a medida que asciende aumenta su energía potencial

capilaridad  Cuando

un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la fuerza debido a la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo.

capilaridad  Sin

embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.



Presión del vapor constante

Presión de vapor

PL

Medición de la presión de vapor de un líquido Ei--Mi

vapor

Presión de vapor de un líquido  Imaginemos

un recipiente en el que se ha realizado el vacío y que se mantiene a una temperatura constante; si introducimos una cierta cantidad de líquido en su interior éste se evaporará rápidamente al principio hasta que se alcance el equilibrio entre ambas fases.

P de vapor a una dada T Inicialmente

sólo se produce la evaporación ya que no hay vapor; sin embargo a medida que la cantidad de vapor aumenta y por tanto la presión en el interior del recipiente, se va incrementando también la velocidad de condensación, hasta que transcurrido un cierto tiempo ambas velocidades se igualan.

velocidad de condensación se iguala a velocidad evaporación.

 Llegados

a este punto se habrá alcanzado la presión máxima posible en la ampolla (P0=presión de vapor o de saturación) que no podrá superarse salvo que se incremente la temperatura.

velocidad v evaporación v condensación

tiempo

P de vapor a una dada T El equilibrio dinámico se alcanzará más rápidamente cuanto mayor sea la superficie de contacto entre el líquido y el vapor. El equilibrio dinámico se logra : velocidad evaporación=velocidad de condensación

Un líquido es volátil cuando mayor es su presión de vapor y menor su temperatura de ebullición

Mayor presión de vapor más volátil

Calor de vaporización molar y por gramo ΔHv= Lv. M ΔHv: Calor para vaporizar un mol de líquido a p constante. M: masa molecular del líquido. Lv: Calor para vaporizar un gramo de líquido a p constante.

Punto de ebullición normal normal

Te es mayor a mayor presión externa y menor a menor A ppresión la p=1 at= 760mm externa Hg el agua hierve a 100 0C

Mayor presión atmosférica mayor temperatura ebullición

--VAPOR VAPOR

VAPOR

Donde coexisten dos fases en equilibrio, o tres si esta en el punto triple.

Vapor. GAS VAPOR

Vapor

Equilibrio de fases del agua

Vapor T triple ctriple fusión

Gas Tcritica

ebullición

Vapor Vapor

Equilibrio de fases del agua

Vapor

T

Camino

T por

T

pas a T Camino

T por

pas Vapor a Vapor

D

SOLIDO P Vapor

CO2

Vapor

7

CO2

Vapor

V

CO2 Vapor

Ecuación de Clapeyron diferencial

Ecuación de Clapeyron diferencial

Δ Δ

v

Δ

v

Δ eoso

eoso

vapor

V

V

El vapor se comporta Δ Δ

V

V

V

PARA el Equilibrio L-V reemplazando por diferencia suponiendo que el V del líquido es despreciable frente al vo del vapor y que el vapor se comporta como gas ideal. Ade V

ΔP ΔT

ΔHv T. (Vv-VL)

Integran entre( P1 entre (T1

ΔHv.P T. R.T

v

v

v

vapor

Δ Δ

V=Componentes-Fases+2; V=2 V=1

V=2 V=1

V=0 V=1

Vapor V=2

Soluciones de soluto no volátil y no electrolito  El

soluto no pasa a la fase vapor.  El soluto no se separa en iones. SOLUCIÓN IDEAL: ES AQUELLA QUE  cuando se forma no desprende ni absorbe calor.  Tampoco hay cambio de volumen.  Cumple con la ley de Raoult.

Propiedades Coligativas  Las

propiedades físicas de las disoluciones que dependen del número de partículas de soluto en la solución y no de la naturaleza de las partículas del soluto se denominan propiedades coligativas.

Las propiedades coligativas  Fijado

el solvente , dependen del número de partículas sean átomos, moléculas o iones de soluto independientes de la naturaleza del mismo.

Propiedades coligativas  Disminución

de la presión de vapor.  Aumento del punto de ebullición o ascenso ebulloscópico.  Disminución del punto de congelación o descenso crioscópico.  Presión osmótica.

Disminución de la presión de vapor  Si

un soluto es no volátil la presión de vapor de su disolución es menor que la del disolvente puro.  ΔP=P01 x2

Solución

Solvente puro

Presión de vapor-modelos moleculares

CLASE

8

La ley de Raoult  establece

que la presión de vapor del solvente en solución, o sea la presión de vapor sobre una disolución es igual a la presión de vapor del disolvente puro, multiplicada por la fracción molar del solvente en la solución.

Descenso de la presión de vapor ΔP Sabiendo: X1 + X2=1

ΔP/P01=X2

Ley de Tensimetría de Raoult del descenso relativo de la presión de vapor

Presión de vapor en función de T Solvente puro ΔP ido

Tc T0c

Te T0e

Elevación del punto de ebullición o Ascenso ebulloscópico ∆𝑇𝑒 = 𝐾e . 𝑚 

𝑚: molalidad del soluto



Ke = constante de elevación del punto de ebullición o constante ebulloscópica, solo depende del solvente. Para el agua es 0.52 °C / m, por consiguiente una solución acuosa 1 molal de sacarosa o cualquier otra solución acuosa que sea 1 molal de partículas de soluto no volátil ebullirá a una temperatura 0.52 °C más alta que el agua pura.

 

Ascenso ebulloscópico ΔTe

ΔTc

Te

Clausius- Clapeyron ΔP P

ΔHv ΔT R T2

X2

ΔTe= X2 R T2/ ΔHv ΔTe= X2 R T2/ ΔHv

Despreciando n2 frente a n1 en el denominador de x2

ΔTe= (R T2/ ΔHv)[(g2/M2)/(g1/M1)]

Ascenso ebulloscópico ΔTe=

ΔTe=

(R T2/ ΔHv)[(g2/M2)/(g1/M1)] (R T2M1/ ΔHv)[g2/(M2.g1)]

ΔTe= (R T2M1/1000. ΔHv)[g2 1000/(M2.g1)] ΔTe= Ke. [g2 1000/(M2.g1)] ΔTe= Ke. m

Ke depende de la naturaleza solvente

descenso del punto de congelación o descenso crioscópico ∆𝑇𝑐 = 𝐾c . 𝑚 K

= constante crioscópica o de descenso del punto de o congelación, solo depende del solvente.  Para el agua es 1.86 °C / m,  por consiguiente una solución acuosa 1 molal de sacarosa o cualquier otra solución acuosa que sea 1 molal de partículas de soluto no volátil congelará a una temperatura 1.86 °C más bajo que la del agua pura.

Kc depende naturaleza solvente

Presión osmótica y Ósmosis

presión osmótica, π 



La presión necesaria para evitar la ósmosis se conoce como presión osmótica de la solución. Se encuentra que:

π= 

n2 RT/V

donde V = volumen de la solución en L. n = número de moles de soluto R = la constante universal de los gases = 0.08206 L atm /(mol.K) T = temperatura en la escala Kelvin.

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE SOLUCIONES DE SOLUTO NO VOLATIL Y ELECTROLITOS  Las

propiedades coligativas de las soluciones dependen de la concentración total de partículas de soluto, sin importar si las partículas son iones o moléculas.  Así podemos esperar que una solución 0,1 m de NaCl tenga un total de partículas en solución igual a 0,2 m ya que como esta sal es un electrolito fuerte, disocia completamente en solución.

Propiedades coligativas mayores en soluciones de solutos electrolitos no volátiles comparadas con las de solutos no volátiles y no electrolitos de igual concentración inicial.  Para

electrolitos fuertes y débiles la concentración de partículas en solución es mayor que la concentración inicial del compuesto en cuestión, por lo tanto, al determinar experimentalmente las propiedades coligativas de estos compuestos en solución se observan mayores propiedades coligativas.

Si se ioniza totalmente  El

cloruro de sodio 0,1m daria 0,2m de iones

Si el grado de disociación no es 1 y se parte de 1 mol de cloruro de sodio  tenemos

en una ecuación reversible de disociación de la sal: NaCl ↔ Na+ + Cl1-α α α

El numero total de moles de partículas será n=1-α+2 α= 1-α+ѵ α

Si partimos de otros electrolitos distintos al NaCl que dén más de dos iones en la disociación total de 1 mol: el número de moles totales sería n=1- α+ѵ α Y como el factor de Van´t Hoff 𝑖 se define como el número de partículas totales que hay por mol de electololito disociado:  𝑖 = n=1- α+ѵ α α

= (𝑖 -1)/(ѵ-1)

Para una solución de soluto no volátil y electrolito: 







Punto de Congelación calculado con ecuaciones de no electrolitos > Punto de Congelación experimental de la solución de un electrolito. Punto de Ebullición calculado con ecuación de no electrolitos < Punto de ebullición experimental de la solución de un electrolito. Presión Osmótica calculado con ecuación de no electolito < Presión Osmótica experimental de la solución de un electrolito. Presión de Vapor calculada con ecuación no electrolito> Presión de Vapor experimental de la solución de un electrolito.

Las ecuaciones para determinar las propiedades coligativas de soluto no volátil y electrolito están dadas por: ΔP= 𝑖 x2 P01  ∆𝑇𝑒 = 𝑖 𝐾e . 𝑚  ∆𝑇𝑐 = 𝑖 𝐾c . 𝑚  π= 𝑖 n2 RT/V  𝑖 es el factor de Van´t Hoff. Y se puede calcular como: 𝑖

= ΔTe/(ΔTe)0= ΔTc/(ΔTc)0= ΔP/ ΔP0= π/π0