Fuerzas Intermoleculares E Intramoleculares 4n1h1q

FUERZAS INTERMOLECULARES ¿Por qué a la misma temperatura las sustancias son sólidas, líquidas o gas?

¿Por qué la materia se presenta en diferentes estados? •Las fuerzas intermoleculares son las responsables de que a la misma temperatura se encuentren en la naturaleza sustancias en diferentes estados. •La energía y la fuerza que ejercen sobre las sustancias, que se miden con la temperatura y la presión, son las que provocan los cambios de estado. •Para estudiar dichas fuerzas debemos entender la polaridad de ciertas sustancias moleculares.

Polaridad de las moléculas •La determinación de la polaridad de una molécula, es un paso importante para la predicción del las propiedades físicas. •Las sustancias cuyas moléculas son polares, tienen mayor punto de fusión y ebullición que otra de similar masa molecular, que presenta moléculas no polares.

•Es probable que un soluto formado por moléculas polares se disuelvan en un solvente cuyas moléculas también son polares, ya que entre moléculas polares establece atracción.

Fuerzas intermoleculares y líquidos y sólidos Las fuerzas intermoleculares son las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas. Las fuerzas intramoleculares mantienen juntos los átomos de una molécula.

Intermolecular vs intramolecular •

41 kJ para vaporizar 1 mol de agua (intermolecular)

•

930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de agua (intramolecular) H2O(líquido) H 2O

H2O(vapor) H2

+

½ O2

intermolecular intramolecular

Generalmente, las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles que las fuerzas intramoleculares.

Factores que influyen en las fuerzas intermoleculares.

•Carga eléctrica. •Momento dipolar de la molécula. (electrónegatividad de los elementos que forman la molécula). •Polarizabilidad (facilidad con la cual la distribución electrónica en el átomo o la molécula puede ser distorsionada). Propiedades que dependen de las fuerzas intermoleculares •Punto de fusión y ebullición. (Presión de vapor).

• Viscosidad •Tensión superficial •Solubilidad •Densidad

http://www.youtube.com/watch?v=E6wFe6-Yo9U

Enlace o puente de Hidrógeno El enlace de hidrógeno es una interacción especial dipolo-dipolo entre un átomo de H unido a uno de los elementos más electronegativos, N, O o F, N-H, O-H, o F-H y un átomo electronegativo de O, de N, o de F. La unión del hidrógeno a estos átomos muy electronegativos provoca un momento dipolar de enlace muy grande generando un cuasi-ión hidrógeno que crea un campo electrico grande a su alrededor.

A – H ---- B en que A y B son N, O o F

Efecto del puente de hidrógeno sobre el punto de ebullición.

http://www.youtube.com/watch?v=C 76wGduAQP8

¿Qué tipos de fuerzas intermoleculares existen entre cada una de las siguientes moléculas?

HBr HBr es una molécula polar: interacción dipolo-dipolo. También hay fuerzas de dispersión entre moléculas de HBr.

CH4 CH4 es no polar: fuerzas de dispersión.

SO2

S

SO2 es una molécula polar: fuerzas dipolo-dipolo. También hay fuerzas de dispersión entre las moléculas de SO2.

ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA

Características de los estados de agregación.

ESTADO LIQUIDO Densidad Propiedades de los líquidos

Viscosidad Tensión superficial Presión de vapor

Fuerzas intermoleculares fuertes

Alta tensión superficial, Baja presión de vapor Alta viscosidad.

Variación de la densidad con la temperatura.

La tensión superficial es la cantidad de energía requerida para dilatar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área.

Adherencia es la atracción intermolecular entre moléculas disímiles.

Cohesión es la atracción intermolecular entre moléculas similares.

http://www.youtube.com/watch?v=o OzSJ8L8FFo

PRESIÓN de VAPOR

Se establece una situación de equilibrio por la igualdad de la velocidad con que ocurren ambos procesos. El equilibrio es dinámico.

Variación de la presión de vapor con la temperatura para distintos líquidos.

Hvap es el Calor molar de vaporización y es la cantidad de energía (calor) requerida para vaporizar 1 mol de un líquido.

ESTADO SOLIDO Un sólido cristalino posee un orden rígido y largo. En un sólido cristalino, los átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas (predecibles). Un sólido amorfo no posee una disposición bien definida ni un orden molecular de rango largo. Una celda unitaria es la unidad estructural de repetición básica de un sólido cristalino. Puntos de red: punto de red

Átomos Moléculas

Iones

Celda unitaria

Celdas unitarias en 3 dimensiones

Celda unidad correcta

Celda unidad incorrecta

Cuarzo cristalino

Vidrio de cuarzo no cristalino

Observar la diferencia en el orden

Un sólido amorfo no posee un arreglo bien definido y un orden molecular de largo alcance.

Un vidrio es un producto ópticamente transparente que resulta de la fusión de materiales inorgánicos y que se enfría al estado rígido sin cristalizar (no existe orden de largo alcance)

EMPAQUETAMIENTO COMPACTO DE ESFERAS DE IGUAL TAMAÑO

SITIOS EN LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Sitios vacantes que deja el empaquetamiento compacto de esferas

Compartición de esferas por varias celdas

Arreglo de esferas idénticas en una celda cúbica simple.

Arreglo de esferas idénticas en una celda cúbica cuerpo centrado.

CELDAS CÚBICAS

1 átomo/celda unidad

2 átomos/celda unidad

4 átomos/celda unidad

VOLUMEN OCUPADO POR UNA CELDA UNIDAD CUBICA

En las celdas cúbicas el volumen es igual a la arista elevado al cubo, V = a3

La eficiencia de empaquetamiento es la relación porcentual entre el espacio ocupado por las partículas unitarias (átomos, moléculas o iones) y el volumen de la celda.

Ejemplo: Cuando cristaliza la plata, adquiere una estructura cúbica cara-centrada. La longitud de la arista de la celda unidad es 409 pm. Calcular la densidad de la plata.

d=

m V

V = a3 = (409 pm)3 = 6.83 x 10-23 cm3

4 átoms/celda unidad en una celda centrada en las caras

m = 4 átomos de Ag x

m d= V

=

107.9 g mol Ag

x

7.17 x 10-22 g 6.83 x 10-23 cm3

1 mol Ag 6.022 x 1023 átomos = 10.5 g/cm3

Cristales moleculares

• • • •

Puntos de entrecruzamiento ocupados por moléculas Se mantienen unidos por fuerzas intermoleculares Blandos, punto de fusión bajo Malos conductores del calor y la electricidad

Cristales covalentes • • • •

Puntos de red ocupados por átomos Se mantienen unidos por enlaces covalentes Duros, punto de fusión alto Malos conductores del calor y la electricidad

diamante

grafito

Cristales iónicos • • • •

Puntos de red ocupados por cationes y aniones Se mantienen unidos por atracción electrostática Duros, frágiles, punto de fusión alto Malos conductores del calor y la electricidad

CsCl

ZnS

CaF2

Problema: Calcular la densidad del NaCl y CsCl suponiendo que en ambos casos los iones se tocan a través de la arista.

Cloruro de sodio

Cristales metálicos • • • •

Puntos red ocupados por átomos de metal Se mantienen unidos por enlaces metálicos Blandos a duros, punto de fusión de bajo a alto Buenos conductores del calor y la electricidad

Corte transversal de un cristal metálico núcleo y capa interna e“mar” móvil de e-

ESTADO GASESO

LEY DE LOS GASES IDEALES

R es la constante universal de los gases. A 0º C, 273,15 K, y 1 atm. de presion, condiciones conocidas como condiciones normales, un mol de gas ideal ocupa un volumen de 22,4 L

MEZCLAS DE GASES

Si se considera un caso en que dos gases, A y B, se encuentran en un recipiente de volumen V a la temperatura T:

PA =

PB =

nART

nA es el numero de moles de A

V nBRT

nB es el numero de moles de B

V

PT = PA + PB Se define fracción molar, Xi, como el número de moles de una especie en una mezcla, respecto al número total de moles. PA = XA PT

XA =

nA nA + nB

PB = XB PT

XB =

Pi = Xi PT

nB nA + nB

GAS REAL

La ecuación del gas ideal predice volumen cero a la temperatura igual a cero para cualquier cantidad de gas!!

CAMBIOS DE FASE (ESTADO) H2O (s)

H2O (l)

El punto de fusión de un sólido o el punto de congelación de un líquido es la temperatura a la cual las fases sólida y líquida coexisten en equilibrio

H2O (l)

H2O (g)

El punto de ebullición de un líquido o el punto de condensación de un gas (vapor) es la temperatura a la cual las fases líquida y vapor coexisten en equilibrio

H2O (s)

H2O (g)

El punto de sublimación de un sólido o el punto de condensación de un gas (vapor) es la temperatura a la cual las fases sólida y vapor coexisten en equilibrio Calor molar de fusión (Hfus) es la cantidad de energía (calor) requerida para fundir 1 mol de un sólido. Calor molar de vaporización (Hebull) es la cantidad de energía (calor) requerida para vaporizar 1 mol de un líquido. Calor molar de sublimación (Hsub) es la cantidad de energía (calor) requerida para sublimar 1 mol de un sólido.

Diagrama de fases Un diagrama de fases resume las condiciones bajo las cuales una especie existe como sólido, líquido o gas.

<0

>0

Observar la diferencia en la pendiente de la curva de equilibrio sólido - líquido