Química - Parcial 1

Los estados físicos o de agregación de la materia

Sólido, Líquido, Gas, Condensado de Bose Einstein, Plasma, Condensado Fermiónico.

Sólido

Sus partículas están muy juntas y ordenadas. El movimiento de las partículas vibran en su lugar fijo. Por ejemplo; Hielo, Madera, Roca.

En el estado sólido se pueden presentar diferentes tipos de sustancias

Amorfas y Cristalinas

Sustancias Amorfas

Son sólidos que carecen de una estructura ordenada y formas bien definidas. Sus partículas constituyentes presentan atracciones eficaces como para detener el flujo de una sustancia, lo que da como resultado una estructura rígida y medianamente dura. No presentan una disposición interna ordenada, algunos se denominan vidrios o líquidos subenfriados. No tienen una estructura microscópica regular como las sustancias sólidas cristalinas. En realidad su estructura se parece mucho más a la de los líquidos que a la de los sólidos.

Sustancias Cristalinas

Son sólidos verdaderos, las partículas se encuentran en un patrón regular, tridimensional, denominado red cristalina. Es la unidad de volumen más pequeño de un cristal que reproduce por repetición la red cristalina, y se llama celdilla unidad.

Líquido

Sus partículas están juntas y menos ordenadas. El movimiento de las partículas se deslizan unas sobre otras. Por ejemplo; Agua, Aceite, Jugos.

Plasma

Sus partículas son iones y electrones libres. El movimiento de las partículas tienen un movimiento libre y rápido. Por ejemplo; Aire o Helio en globos.

Condensado Bose-Einstein

Sus partículas son átomos ultrafiltrados organizados. El movimiento de sus partículas actúa como una “súper partícula”. Por ejemplo; Átomos de Rubidio (< Cero Absoluto).

Condensado Fermiónico

Sus partículas son fermiones emparejados. El movimiento de las particulares tienen Fluido cuántico sin fricción. Por ejemplo; Átomos de Potasio ultrafríos.

A diferencia de los gases, las moléculas del líquido permanecen unidas por fuerzas intermoleculares de atracción.

Estructura Sólida

Presenta formas cristalinas (orden rígido de largo alcance) y amorfas (sin estructura definida, como el vidrio).

Cohesión Líquida

Las moléculas permanecen en estrecho contacto debido a intensas fuerzas atractivas.

Fluidez y Adaptabilidad

La movilidad molecular permite que los líquidos fluyan y adopten la forma del recipiente.

Efecto de la Temperatura

El aumento de calor incrementa la energía cinética, debilitando la cohesión hasta la fusión.

El agua

Es la única sustancia que se presenta en la naturaleza en tres estados físicos. Como Líquido se encuentra en mares, ríos, océanos, lagunas y en la lluvia; en forma sólida, en el hielo, el granizo y la nieve, y como gas, en el vapor de agua.

Evaporación

Moléculas con alta energía cinética escapan de la superficie hacia la fase gaseosa.

Presión de Vapor

En recipientes cerrados, las moléculas que chocan con la superficie vuelven a la fase líquida (condensación).

Equilibrio Dinámico

Se alcanza cuando la Velocidad de Evaporación = Velocidad de Condensación

Punto de Fusión

Temperatura a la cual coexisten en equilibrio termodinámico la fase sólida y la líquida (0 °C a 1 atm).

Punto de Ebullición

Temperatura donde la presión de vapor iguala la presión externa (100 °C a nivel del mar).

Anaxímenes de Mileto (570 a.C.)

Postuló que el aire era el elemento primordial del Universo, creyendo que al comprimirse origina agua y tierra.

Naturaleza de la Materia

Los filósofos griegos rechazan la idea del vacío absoluto, interpretando el aire como un continuo denso.

Visión Moderna

Todos los gases, incluido el aire atmosférico, poseen masa, ocupan un volumen definido por el contenedor y obedecen leyes físicas rigurosas.

Propiedades del aire

Su densidad es menor que la del agua. Tiene volumen definido (debido a que forma parte de la troposfera, región que comprende aproximadamente 12 km de altura). No se presenta en el vacío Es incoloro, inodoro e insípido. Está compuesto por varias sustancias

Peso

w=mg, Cualquier cantidad de algo tiene masa, y la masa es atraída por la Tierra, de acuerdo con la ley de gravitación de Newton. El valor de la gravedad en la superficie del planeta Tierra es de 9.8 m/s2 y este número es siempre el mismo y depende de la masa de nuestro planeta.

Masa

Es cualquier cantidad de algo que es posible pesar

Propiedades Físicas de los Gases

Se expanden de manera uniforme. Ocupan el volumen total del recipiente que los contiene. Se difunden con facilidad. Se desplazan hacia puntos o lugares de presión menor. Ejercen una presión sobre las paredes del recipiente que los contiene. La presión aumenta con la temperatura si el gas está contenido en un recipiente cerrado. La densidad de los gases es menor comparada con la de los sólidos y los líquidos.

Volumen Despreciable

El tamaño de las moléculas de un gas es insignificante en comparación con la gran distancia existente entre ellas.

Movimiento Continuo

Las partículas se desplazan en líneas rectas, a altas velocidades y en direcciones totalmente aleatorias.

Choques Elásticos

Las colisiones entre partículas o contra las paredes no presentan pérdida neta de energía cinética total.

Gas Ideal

Es un modelo teórico que usamos para entender cómo se comportan los gases en condiciones ideales. Es como una versión “perfecta” de un gas, que no existe en la realidad, pero nos ayuda a hacer cálculos y predicciones.

Modelo del Gas Ideal:Las fuerzas de atracción y repulsión intermoleculares se consideran nulas o despreciables. Cumple perfectamente con la ecuación general de estado en cualquier rango de presión y temperatura. Es un modelo teórico simplificado útil para aproximar cálculos químicos.

Comportamiento del Gas Real

A altas presiones o bajas temperaturas, las fuerzas de Van der Waals cobran gran importancia. El volumen propio de las moléculas no puede ignorarse frente al volumen total. Se desvía de la idealidad y requiere ecuaciones como la de Van der Waals.

Variables de Estado

0.0821 Latm/molK) Constante Universal de los Gases

Ecuación General de los Gases

El estado de cualquier muestra gaseosa se define cuantitativamente mediante cuatro variables interdependientes

Gas Real

Es un gas que sí existe en la vida cotidiana y no se comporta perfectamente como lo predice la teoría del gas ideal. En otras palabras, las moléculas de un gas real sí interactúan entre sí y sí ocupan espacio físico.

Compresibilidad

Debido a los amplios espacios intermoleculares, los gases reducen enormemente su volumen al aumentar la presión aplicada.

Expansibilidad

Ocupan todo el volumen disponible en el recipiente que los contiene de forma uniforme.

Difusión y Efusión

Se mezclan rápidamente con otros gases debido a la elevada velocidad cinética de sus partículas libres.

Teoria Cinetico Molecular

Sus fundamentos iniciales se deben a D. Bernoulli, en 1738, y posteriormente a Maxwell y Boltzmann entre 1860 y 1870. Esta teoría se basa en el concepto de que los gases se componen de partículas (átomos o moléculas) que se encuentran en un estado de movimiento continuo. Los primeros descubrimientos del comportamiento de los gases no pudieron explicarse de manera satisfactoria, lo cual resulta lógico, pues debe recordarse que Torricelli y Boyle realizaron sus investigaciones en el siglo XVII, mientras que las teorías atómicas de Dalton no surgieron a la luz sino hasta los albores del siglo XIX.

Las variables que afectan a un sistema gaseoso son

temperatura, presión, volumen, cantidad de sustancia (mol), masa.

Temperatura

En 1714 Fahrenheit inventó esto, es la medición de la energía en los cuerpos, puesto que éstos se encuentran en constante movimiento en mayor o menor grado. Nos indica el grado de energía de sus moléculas en movimiento, de tal modo que, para las moléculas de un cuerpo, el aumento de su velocidad se traduce en una elevación de temperatura.

Presión

se relaciona con la presión del aire (atmósfera). Las moléculas y los átomos que están presentes en la atmósfera ejercen presión en todos los objetos expuestos a ella. Esta presión se denomina presión del aire y atmosférica.

Volumen

Se denomina como la cantidad de espacio que ocupa un objeto. Se requiere indicar las dimensiones de este último.

Cantidad de Sustancia (mol)

Es una unidad básica del Sistema Internacional (SI), y se define como

Masa

es la cantidad de partículas que contiene un cuerpo. La unidad de medición de la masa en el Sistema Internacional (SI) es el kilogramo (kg), sin embargo, el kilogramo es una unidad muy grande para usarla en el laboratorio, por lo que se usa el gramo (g), que equivale a una milésima de un kilogramo.

Leyes Fundamentales de Gases

Ley de Boyle-Mariotte, Ley de Charles, Ley de Gay-Lussac, y Ley de Avogadro.

Ley de Boyle-Mariotte (P vs V)

A temperatura y cantidad de materia constantes, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión aplicada (P₁V₁ = P₂V₂).

Ley de Charles (V vs T)

A presión constante, el volumen ejercido por un gas varía de manera directamente proporcional con la temperatura absoluta en Kelvin (V₁/T₁ = V₂/T₂).

Ley de Gay-Lussac (P vs T)

A volumen constante, la presión ejercida por una masa de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (P₁/T₁ = P₂/T₂).

Ley de Avogadro (V vs n)

Volúmenes iguales de distintos gases a la misma temperatura y presión contienen idéntico número de partículas (V₁/n₁ = V₂/n₂).