Estados De Agregacion

Estados de agregación

En física y química se observa que, para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.

Todos los cuerpos están formados por materia, cualquiera que sea su forma, tamaño o estado.

La materia se nos presenta en tres estados fundamentales de agregación:

• Sólido: azúcar, sal, hielo...

• Líquido: alcohol, agua, aceite...

• Gas: oxígeno, nitrógeno…

Fusión: pasaje de estado sólido a estado líquido. Por ejemplo el hielo (agua sólida).

Solidificación: pasaje de estado líquido a estado sólido.

Vaporización: pasaje de estado líquido a estado de vapor. Por ejemplo el agua líquida, cloroformo, éter.

Condensación: pasaje de estado de vapor a estado líquido.

Gasificación: pasaje de estado líquido a estado gaseoso. Por ejemplo el metano líquido.

Licuación: pasaje de estado gaseoso a estado líquido.

Volatilización: pasaje de estado sólido a estado vapor. Por ejemplo el dióxido de carbono sólido (CO2) o hielo seco, la naftalina y el iodo.

Sublimación: pasaje de estado vapor a estado sólido.

Cambios de estado

Para cada elemento o compuesto químico existen determinadas condiciones de presión y temperatura a las que se producen los cambios de estado, debiendo interpretarse, cuando se hace referencia únicamente a la temperatura de cambio de estado, que ésta se refiere a la presión de la atm. (la presión atmosférica). De este modo, en "condiciones normales" (presión atmosférica, 0 °C) hay compuestos tanto en estado sólido como líquido y gaseoso (S, L y G).

Los procesos en los que una sustancia cambia de estado son: la sublimación (S-G), la vaporización (L-G), la condensación (G-L), lasolidificación (L-S), la fusión (S-L), y la sublimación inversa (G-S). Es importante aclarar que estos cambios de estado tienen varios nombres.

Los cambios de estado descritos también se producen si se incrementa la presión manteniendo constante la temperatura, así, por ejemplo, el hielo de las pistas se funde por efecto de la presión ejercida por el peso de los patinadores haciendo el agua líquida así obtenida de lubricante y permitiendo el suave deslizamiento de los patinadores. Para cada elemento o compuesto químico existen unas determinadas condiciones de presión y temperatura a las que se producen los cambios de estado, debiendo interpretarse, cuando se hace referencia únicamente a la temperatura de cambio de estado, que ésta se refiere a la presión de 1 atm (la presión atmosférica). De este modo, en condiciones normales (presión atmosférica y 20 ºC) hay compuestos tanto en estado sólido como líquido y gaseoso.

Propiedades de la materia

La materia, en cualesquiera de sus estados, tiene una serie de propiedades características como son la densidad, la dureza, el punto de fusión, la temperatura, el volumen específico (volumen ocupado por la unidad de masa), el punto de ebullición... que no dependen de la cantidad de materia considerada.

Por otra parte, hay otras propiedades como el volumen o la masa que sí dependen de la cantidad que se tome.

A las primeras propiedades se las llama intensivas y a las segundas extensivas.

El estado sólido

En el estado sólido las partículas se encuentran unidas por grandes fuerzas que las mantienen unidas a distancias relativamente pequeñas. El movimiento de las partículas se limita a ser de vibración, sin que se puedan desplazar.

Conforme aumenta la temperatura, la amplitud de la vibración de las partículas se hace mayor por lo que el sólido se dilata.

Las sustancias en estado sólido presentan características como:

• Cohesión elevada.

• Forma definida.

• Incompresibilidad (no pueden comprimirse).

• Resistencia a la fragmentación.

• Fluidez muy baja o nula.

• Algunos de ellos se subliman (yodo).

• Volumen constante (hierro).

- Transiciones en Sólidos:

En el cero absoluto existen casi todas las sustancias como estructuras cristalinas, pero a medida que aumenta la T °, éstas estructuras comienzan a vibrar hasta que llegan a una T ° en donde se desarma la estructura y el sólido deja de serlo, para transformarse en líquido. A este proceso se lo conoce como fusión.

Al proceso inverso, se lo denomina Congelación . Las Tf y T congelación son idénticas y a dichas T ° se hallan en equilibrio ambas fases (en este tramo la T ° se mantiene constante).

Por otra parte, la energía calórica que se necesita para realizar estos procesos se denomina Calor de Fusión (ode Congelación, según sea la conversión).

- Presión de Vapor en los Sólidos (Sublimación):

La curva que indica la variación de la Pv en función de la T °, para los sólidos, se denomina Curva de Sublimación. Esto se debe a que el pasaje desde el sólido hacia el vapor sin pasar por el líquido se lo denomina Sublimación.

Análogamente puede hacerse pasar al vapor hacia el sólido, por medio del enfriamiento del vapor, siempre que se cumpla que: Pv < Pv sólido en la fusión.

El cambio de estado en la materia va acompañado por una absorción de calor, que será el Calor Latente de Sublimación (Hs), el cual viene relacionado con los calores de Fusión (Hf) y de Vaporización (Hv), siempre que estén referidos a la misma T °:

Hs = Hf + Hv

El estado líquido

En este estado las fuerzas entre las partículas son más débiles que en el sólido lo que implica que éstas tengan libertad de movimiento, así las partículas están dotadas de movimientos de vibración, rotación y traslación. No obstante, las partículas aún se mantienen cercanas unas a otras. Por eso los líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene pero ocupan un volumen fijo.

Otra propiedad de los líquidos, que comparten con los gases, es que pueden fluir.

El estado líquido presenta las siguientes características:

• Cohesión menor.

• Movimiento energía cinética.

• No poseen forma definida.

• Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene.

• En el frío se contrae (exceptuando el agua).

• Posee fluidez a través de pequeños orificios.

• Puede

- Difusión:

Dos líquidos que son mutuamente solubles, se difundirán el uno en el otro al juntarlos. La velocidad de difusión dependerá de las densidades de los mismos pero siempre serán menores a la de los gases. Esto es debido a que las moléculas de los líquidos están relativamente juntas, por lo tanto una molécula de un líquido sufre muchos choques con las otras en un período dado, lo que alienta el proceso de difusión.

- Tensión Superficial:

Las moléculas superficiales están sometidas a fuerzas que las atraen hacia el interior de los líquidos. Es como si la superficie de los mismos estuviesen sometidos a una constante tensión,parecido a cuando una piel estrecha esta recubriendo una superficie.

A este fenómeno se lo denomina tensión superficial y es una de las causas por la cual los líquidos tienden a adoptar la forma geométrica más simple,o sea la esfera (es el caso de las gotas de líquido en caída libre).

La medición de dicha tensión superficial se realiza a través de la experiencia del "capilar", en donde se observa el escalamiento de una semiesfera de líquido retenida dentro de un tubo capilar, del cual debe conocerse su radio para lograr así obtener el Coeficiente de Tensión Superficial (γ) :

γ =½.h.g.δ.r

Donde: h: es la altura que ha ascendido la semi-burbúja.

δ: es la densidad del líquido.

r: es el radio del tubo capilar.

- Viscosidad:

Es la resistencia que presentan los líquidos al movimiento, o podría decirse también que forma parte de un rozamiento interno del mismo, pues es una propiedad que se opone al movimiento de capas adyacentes que se alojen dentro del seno del mismo.

Cuando un cuerpo de inserta dentro del seno de un líquido, la viscosidad hace que su velocidad no sea nula en su estadía dentro de él, sino que adquiere una v = constante cuando la fuerza de gravedad equilibra la fuerza que realiza la viscosidad para sacarlo del líquido.

Para los cálculos de viscosidad en diferentes líquidos normalmente se utiliza la Fórmula de Stokes, que para una esfera de radio "r" que cae a v = constante será:

v = 2.g.r ².(δ ´- δ)/9. μ

Donde: M : es el Coeficiente de Viscosidad del Líquido.

δ ´: es la densidad de la esfera.

δ : es la densidad del líquido.

NOTA: Generalmente sucede que la δ ´>> δ por lo que la fórmula se ve reducida a:

v = 2.g.r ².δ ´/9. μ

La medición de la viscosidad se realiza indirectamente a través de una medición de tiempos de caída de un mismo objeto dentro de dos sustancias: una de viscosidad conocida y otra que será la que averiguaremos por medio de la fórmula:

t = μ /δ → μ = t. δ

NOTA: la Viscosidad Cinemática (v) es la relación que existe entre la Viscosidad Absoluta y la Densidad del Líquido:

v = μ/δ

La relación de la Viscosidad con la T °, viene dada exponencialmente

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