Estados De La Materia

INTRODUCCION

La química actúa sobre la materia, que es todo aquello que nos rodea, ocupa un lugar y un espacio en el universo, y que somos capaces de identificar y conocer.

A través de los sentidos (gusto, tacto, olfato, visión y oído) recibimos y percibimos la información de todo lo que nos rodea. Percibimos objetos de diversas formas, colores, olores, tamaños y gustos. Todos estos objetos están formados por materia, ocupando un lugar en el espacio,

En física y química se denominan Cambios de Estado a la evolución de la Materia entre varios estados de agregación. Como lo son: los cambios de un elemento o compuesto químico a estado sólido, liquido o gaseoso.

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 atmósfera. De este modo, en "condiciones normales" hay compuestos tanto en estado sólido como líquido y gaseoso.

La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.

Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.

La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso.

CAPITULO I

Estado sólido

A bajas temperaturas, los materiales se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; y sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Los sólidos son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión. La presencia de pequeños espacios intermoleculares caracteriza a los sólidos dando paso a la intervención de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geométrica.

La gran mayoría de los elementos y compuestos químicos, especialmente los compuestos inorgánicos, son sólidos en condiciones normales. Existe una relación bastante directa entre el tipo de enlace y la estructura del sólido.

Tipos de sólidos

Sólido Cristalino y Sólido Amorfo:

Los sólidos cristalinos

Se denominan sólidos cristalinos aquellos en los que los átomos, iones o moléculas se repiten de forma ordenada y periódica en las tres direcciones denominado red cristalina.

Los sólidos amorfos

No tienen una estructura microscópica regular como los sólidos cristalinos. En realidad su estructura se parece mucho más a la de los líquidos que a la de los sólidos.

El vidrio, el alquitrán, los polímeros de alta masa molecular como el plexiglás son ejemplos de sólidos amorfos.

La siguiente figura muestra ejemplos de diferentes tipos de sólidos.

Resulta muy difícil resumir en una única tabla la gran variedad estructural existente. Dado que existen numerosos compuestos con enlaces intermedios entre covalente/iónico/metálico resulta útil hacer una clasificación de los sólidos en base a razones estructurales.

Clasificación por geometría.

Sólidos moleculares. Están formados por unidades discretas, moléculas, que contienen átomos de uno o varios elementos unidos por enlaces covalentes. En el cristal la moléculas se empaquetan entre sí mediante fuerzas de Van der Waals, generalmente relativamente débiles. La mayoría de los sólidos orgánicos son moleculares, por ejemplo naftaleno. Algunos elementos no metálicos forman sólidos moleculares. Como ejemplo tenemos azufre, una variedad de carbono y yodo.

Sólidos 1D. Un ejemplo de sólido con estructura en cadenas es selenio. Los enlaces entre los átomos se orientan en una dirección formando cadenas que se empaquetan en el cristal mediante fuerzas de Van der Waals. Sólidos de este tipo son poco frecuentes. Podemos incluir dentro de este grupo algunos compuestos iónicos tales como un silicato de fórmula K2ZnSi2O6. La estructura de este silicato consiste en cadenas de tetraedros SiO4 que comparten dos vértices. Las cadenas con carga negativa, se apilan en el cristal con los cationes K y Zn compensando las cargas, se sitúan entre las cadenas.

Sólidos 2D. Se caracterizan por tener enlaces entre átomos dirigidos en dos de las tres direcciones, formando capas. El ejemplo frecuentemente mencionado de sólido con estructura en capas, es el grafito con enlaces covalentes puros. Esta estructura también la adoptan compuestos con enlace intermedio entre iónico y covalente como AlCl3. Lo característico de estos sólidos es la existencia de distancias cortas en dos direcciones, dentro de las capas, y apreciablemente mayores en la tercera dirección, entre capas. Este tipo de estructuras no es frecuente entre los compuestos orgánicos.

Sólidos 3D. Los enlaces se orientan en las tres direcciones del espacio. Dentro de este grupo encontramos tanto compuestos covalentes como iónicos y metálicos. La diferencia entre ellos está en el modo de empaquetamiento de los átomos o iones en la red, lo que se refleja en el I.C. de los átomos o iones.

Un ejemplo de solido covalente tridimensional es carbono diamante o también carburo de silicio.

Características específicas:

Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.

• Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).

• Dureza: hay sólidos que no pueden ser rayados por otros más blandos. El diamante es un sólido con dureza elevada.

• Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas.

• Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.

• Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”

• Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.

• Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.

• Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.

• Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.

• Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos.

Características generales

FORMA todos los sólidos tienen forma propia

VOLUMEN Todos los sólidos tienen volumen propio.

COMPRESIBILIDAD Los sólidos no pueden comprimirse.

FUERZAS INTERMOLECULARES En un sólido las fuerzas intermoleculares que predominan son las de ATRACCIÓN.

Fuerzas de Enlace:

Los sólidos cristalinos se clasifican en categorías dependientes del tipo de partículas que forman el cristal y los enlaces que interaccionan entre ellas.

Las categorías son:

a.- Fuerzas Iónicas Constituidas por fuerzas electrostáticas entre iones de signos opuestos que constituyen las partículas del cristal iónico. Desde que estas fuerzas son considerables, los cristales iónicos resultan ser bastante duros, quebradizos, malos conductores caloríficos y eléctricos y de punto de fusión elevados (600 a 3000ºC).

Ejemplo: NaCl. CaBr2, K2SO4, que son sales características.

b.- Fuerzas de Van der Waals Son fuerzas débiles, por lo cual los cristales son blandos y de bajo punto de fusión. Son características de sustancias orgánicas que poseen este tipo de fuerza de enlace entre sus moléculas neutras que constituyen sus partículas cristalinas.

c.- Fuerzas de Enlace Covalente Los sólidos covalentes (sólidos de red cristalina), el diamante es un ejemplo de los cristales que mantienen unidas sus partículas por enlaces covalentes en tres dimensiones; cada átomo de carbono está unido a otros cuatro por un modelo tetraédrico, que permite reconocer la dependencia con el tetraedro de Van´t Hoff para el átomo de carbono.

En cambio, el grafito, es menos compacto y blando, exfoliable y de más fácil ataque por los agentes químicos, debido a que la estructura cristalina tiene una ordenación de capas bidimensionales de enlaces covalentes entre sus átomos según distribución hexagonal parecidos a los anillos del benceno.

d. Fuerzas dipolo-dipolo Las fuerzas dipolo-dipolo son atracciones entre dipolos eléctricos de moléculas polares.

e. Fuerza dipolo-dipolo inducido Estas fuerzas se dan entre una molécula polar y otra molécula no polar. La molécula polar induce un dipolo en la no polar.

f.- Fuerzas de Dispersión o de London Son atracciones que se dan entre cualquier tipo de moléculas debido a los dipolos instantáneos que se forman producidos

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