Propiedades de líquidos y sólidos
Una tarde, Mateo ve en una laguna de la sierra un insecto que camina sobre el agua sin hundirse. En su casa, la olla de agua hierve antes de llegar a 100 °C y los frejoles demoran en ablandarse. ¿Qué tienen en común estas dos escenas? La respuesta está en las fuerzas que atraen unas moléculas a otras. Al final de la página volverás a esta pregunta.
Fuerzas intermoleculares: la clave de todo
En un líquido o un sólido las partículas están muy cerca y se atraen. Esa atracción entre moléculas (no dentro de ellas) se llama fuerza intermolecular. Cuanto más intensa es, más cuesta separar las partículas y más "pegajoso" se comporta el material.
Ordenadas de menor a mayor intensidad:
| Fuerza | Cuándo aparece | Ejemplo |
|---|---|---|
| Dispersión de London | En toda molécula; crece con el tamaño de la molécula | $\text{CH}_4$, $\text{I}_2$, naftaleno |
| Dipolo-dipolo | Moléculas polares | $\text{H}_2\text{S}$, acetona |
| Puente de hidrógeno | H unido a F, O o N, atraído por un F, O o N de otra molécula | $\text{H}_2\text{O}$, etanol, $\text{NH}_3$ |
Los sólidos iónicos (como el $\text{NaCl}$) se mantienen por atracción entre iones, que es todavía más fuerte que estas tres. Más detalle en el apartado de propiedades del enlace.
Tensión superficial y viscosidad
Una molécula en el interior de un líquido es atraída por todos lados. Una molécula de la superficie solo es atraída hacia los lados y hacia abajo, así que la superficie se "tensa" como una película elástica.
Por eso una gota de agua tiende a ser esférica (la forma con menor superficie) y un insecto puede caminar sobre una laguna sin hundirse. El agua tiene tensión superficial alta por sus puentes de hidrógeno. El jabón la disminuye.
Define con tus propias palabras qué es la tensión superficial de un líquido y menciona un ejemplo cotidiano en el que se observe, como un insecto que camina sobre el…
Define con tus propias palabras qué es la tensión superficial de un líquido y menciona un ejemplo cotidiano en el que se observe, como un insecto que camina sobre el agua de una laguna.
Evaporación, condensación y presión de vapor
En un líquido las moléculas se mueven con energías distintas. Las más rápidas de la superficie vencen las atracciones y escapan: es la evaporación (líquido → gas). El proceso inverso, de gas a líquido, es la condensación.
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La ropa tendida al sol se seca porque el agua se evapora.
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Las gotas en la parte externa de un vaso con chicha morada helada son vapor de agua del aire que se condensa al tocar la superficie fría.
Si el líquido está en un recipiente cerrado, llega un momento en que se evaporan y se condensan igual número de moléculas por segundo: hay equilibrio dinámico. La presión que ejerce entonces el vapor es la presión de vapor.
La acetona se evapora más rápido que el agua a 25 °C: solo tiene dipolo-dipolo y London, mientras que el agua tiene puentes de hidrógeno.
Explica la diferencia entre evaporación y condensación. Indica en cada caso el cambio de estado que ocurre y pon un ejemplo de la vida diaria, como la ropa tendida al…
Explica la diferencia entre evaporación y condensación. Indica en cada caso el cambio de estado que ocurre y pon un ejemplo de la vida diaria, como la ropa tendida al sol o las gotas que aparecen en la parte externa de un vaso con chicha morada helada.
Una estudiante de 4.° de secundaria compara dos líquidos a $25\ ^\circ\text{C}$: la acetona y el agua. Observa que la acetona se evapora mucho más rápido y que su…
Una estudiante de 4.° de secundaria compara dos líquidos a $25\ ^\circ\text{C}$: la acetona y el agua. Observa que la acetona se evapora mucho más rápido y que su presión de vapor es mayor. Relaciona la rapidez de evaporación y la presión de vapor con la intensidad de las fuerzas intermoleculares, y predice cuál de los dos líquidos tendrá mayor punto de ebullición.
Punto de ebullición y presión externa
Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la presión externa. Entonces se forman burbujas de vapor en todo el líquido.
Ejemplo clásico: el $\text{H}_2\text{O}$ (18 g/mol) hierve a 100 °C, pero el $\text{H}_2\text{S}$ (34 g/mol), de mayor masa, es gas a temperatura ambiente. El agua forma puentes de hidrógeno; el $\text{H}_2\text{S}$ solo dipolo-dipolo débil. La masa molecular no decide cuando cambia el tipo de fuerza.
Presión de vapor y punto de ebullición van en sentido inverso: el líquido con menor presión de vapor necesita más temperatura para igualar la presión externa.
La altura y la olla a presión
En Huancayo (cerca de 3,250 m s. n. m.) la presión atmosférica es menor que en Lima. El agua alcanza antes una presión de vapor igual a la externa, así que hierve a menos de 100 °C (aproximadamente 90 °C). Con agua menos caliente, los frejoles tardan más en cocerse.
En una olla a presión el vapor no escapa y la presión interna sube por encima de 1 atm. El agua necesita más temperatura para hervir (por encima de 100 °C), así que cuece más rápido.
El agua $\text{H}2\text{O}$ y el sulfuro de hidrógeno $\text{H}2\text{S}$ tienen masas moleculares parecidas, pero a presión atmosférica el agua hierve a…
El agua $\text{H}_2\text{O}$ y el sulfuro de hidrógeno $\text{H}_2\text{S}$ tienen masas moleculares parecidas, pero a presión atmosférica el agua hierve a $100\ ^\circ\text{C}$, mientras que el $\text{H}_2\text{S}$ es un gas a temperatura ambiente. Explica esta diferencia usando el tipo de fuerza intermolecular predominante en cada sustancia.
Se tienen tres líquidos a $20\ ^\circ\text{C}$: etanol ($\text{CH}3\text{CH}2\text{OH}$), éter dietílico ($\text{CH}3\text{CH}2\text{OCH}2\text{CH}3$) y agua. Sus…
Se tienen tres líquidos a $20\ ^\circ\text{C}$: etanol ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$), éter dietílico ($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OCH}_2\text{CH}_3$) y agua. Sus viscosidades siguen el orden agua < etanol en una escala relativa de fluidez, y el éter dietílico es el más volátil de los tres. Analiza, para cada líquido, qué fuerzas intermoleculares existen y cuántos puentes de hidrógeno puede formar por molécula. Con ello ordena los tres líquidos según su presión de vapor y según su punto de ebullición, y argumenta por qué ambos órdenes son inversos entre sí.
Mateo calienta en la cocina de su casa en Huancayo una olla con agua y observa que hierve a una temperatura menor que $100\ ^\circ\text{C}$, porque la presión…
Mateo calienta en la cocina de su casa en Huancayo una olla con agua y observa que hierve a una temperatura menor que $100\ ^\circ\text{C}$, porque la presión atmosférica a esa altitud es menor que a nivel del mar. Con base en el concepto de presión de vapor, argumenta por qué disminuye el punto de ebullición al bajar la presión externa. Luego compara este caso con el de una olla a presión usada en Lima y explica qué ocurre con la temperatura de ebullición y con el tiempo de cocción de los frejoles en cada situación.
Sólidos cristalinos y amorfos
En un sólido las partículas apenas se mueven: solo vibran en posiciones fijas.
| Cristalino | Amorfo | |
|---|---|---|
| Orden de partículas | Largo alcance, periódico | Sin orden regular |
| Fusión | A una temperatura fija | Ablandamiento gradual |
| Ejemplos | Sal, cuarzo, hielo | Vidrio, plástico de botella |
Qué sustancia tiene mayor punto de fusión
Para fundir hay que vencer las atracciones que mantienen la red. Según el tipo de partícula:
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Iónicos ($\text{NaCl}$, 801 °C): atracción entre iones, muy fuerte.
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Moleculares con puente de hidrógeno (hielo, 0 °C): fuerza intermolecular intermedia.
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Moleculares con solo London (naftaleno, 80 °C): atracciones débiles.
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Redes covalentes (diamante, cuarzo): enlaces covalentes en toda la red, puntos de fusión muy altos.
Las redes covalentes y los sólidos iónicos son duros y de fusión alta; los moleculares son blandos y de fusión baja.
El punto de congelamiento es la temperatura a la que un líquido pasa a sólido: coincide con el punto de fusión de esa sustancia (el agua se congela y el hielo se funde a 0 °C).
La disolución de un sólido en un líquido ocurre cuando las atracciones entre el solvente y las partículas del sólido superan a las que mantienen la red: el $\text{NaCl}$ se disuelve en agua (polar) porque el agua atrae a sus iones, y el naftaleno no, porque sus fuerzas de London son muy distintas a las del agua.
Clasifica cada sustancia como sólido cristalino o sólido amorfo: el cuarzo, el vidrio común, la sal de mesa $\text{NaCl}$ y el plástico de una botella. Indica en una…
Clasifica cada sustancia como sólido cristalino o sólido amorfo: el cuarzo, el vidrio común, la sal de mesa $\text{NaCl}$ y el plástico de una botella. Indica en una frase qué caracteriza la ordenación de las partículas en cada tipo.
Un laboratorio de un colegio de Arequipa dispone de la siguiente tabla de datos (a presión atmosférica normal): | Sustancia | Punto de fusión ($^\circ\text{C}$) | Tipo…
Un laboratorio de un colegio de Arequipa dispone de la siguiente tabla de datos (a presión atmosférica normal):
| Sustancia | Punto de fusión ($^\circ\text{C}$) | Tipo de enlace o fuerza predominante |
|---|---|---|
| $\text{NaCl}$ | 801 | iónico |
| Hielo ($\text{H}_2\text{O}$) | 0 | puente de hidrógeno |
| Naftaleno | 80 | fuerzas de dispersión de London |
Ordena las sustancias de mayor a menor punto de fusión y justifica el orden con la intensidad de las interacciones que hay que vencer para fundir cada sólido.