En el tema anterior vimos cómo en función de la intensidad de las fuerzas intermoleculares, la materia podía presentarse en tres estados de agregación diferente: sólido, líquido y gaseoso. En este tema vamos a estudiar en profundidad cada uno de esos estados, en base a las propiedades que caracterizan a cada uno de ellos.
El estado gaseoso
Complemento: presiones parciales del aire
En este vídeo se trata el concepto de presión parcial de un gas dentro de una mezcla de gases. Vamos a presentar un ejercicio sencillo de cálculo de presiones parciales del aire: una disolución gaseosa formada básicamente por un 79% de N2 y un 21% de O2.
Podemos preguntarnos cuáles serán las presiones parciales de N2 y O2 en la atmósfera bajo condiciones normales, es decir: P=1atm y T=273K. Obviando la temperatura, sabemos que:
conocemos además las fracciones molares de ambos gases: xN2=0,79 y xO2=0,21, y comprobamos que efectivamente la suma de ambas es igual a 1. Partiendo de unas condiciones normales en las que PT =1atm, obtenemos la solución:
comprobamos finalmente, que la suma de las presiones parciales de ambos gases es igual a la presión total de 1atm.
Imaginemos ahora que somos buceadores y nos sumergimos a 20m de profundidad en el mar, en esas condiciones respiraríamos aire a 3atm de persión, ¿cuáles serían entonces las presiones parciales de N2 y O2 en esas condiciones? Los cálculos son idénticos, salvo que ahora PT =3atm:
y nuevamente volvemos a comprobar que la suma de ambas presiones parciales es igual a la presión total de 3atm bajo estas nuevas condiciones.
Añadir por último, que la expresión Pi = PT xi recibe el nombre de ley de Raoult.
El estado sólido
La materia en estado sólido presenta unas propiedades completamente opuestas a las del estado gaseoso. En el siguiente vídeo comentaremos esas características, además de distinguir los tres tipos de sólidos existentes: amorfos, cristalinos y policristalinos.
El estado líquido
En este vídeo se trata el concepto de presión parcial de un gas dentro de una mezcla de gases. Vamos a presentar un ejercicio sencillo de cálculo de presiones parciales del aire: una disolución gaseosa formada básicamente por un 79% de N2 y un 21% de O2.
Podemos preguntarnos cuáles serán las presiones parciales de N2 y O2 en la atmósfera bajo condiciones normales, es decir: P=1atm y T=273K. Obviando la temperatura, sabemos que:
Pi = PT
xi
conocemos además las fracciones molares de ambos gases: xN2=0,79 y xO2=0,21, y comprobamos que efectivamente la suma de ambas es igual a 1. Partiendo de unas condiciones normales en las que PT =1atm, obtenemos la solución:
comprobamos finalmente, que la suma de las presiones parciales de ambos gases es igual a la presión total de 1atm.
Imaginemos ahora que somos buceadores y nos sumergimos a 20m de profundidad en el mar, en esas condiciones respiraríamos aire a 3atm de persión, ¿cuáles serían entonces las presiones parciales de N2 y O2 en esas condiciones? Los cálculos son idénticos, salvo que ahora PT =3atm:
y nuevamente volvemos a comprobar que la suma de ambas presiones parciales es igual a la presión total de 3atm bajo estas nuevas condiciones.
Añadir por último, que la expresión Pi = PT xi recibe el nombre de ley de Raoult.
El estado sólido
La materia en estado sólido presenta unas propiedades completamente opuestas a las del estado gaseoso. En el siguiente vídeo comentaremos esas características, además de distinguir los tres tipos de sólidos existentes: amorfos, cristalinos y policristalinos.
El estado líquido
Complemento: descripción física de la capilaridad
La capilaridad es un fenómeno que se manifiesta en los líquidos tal y como hemos visto en el presente vídeo. Para profundizar un poco en su estudio, vamos a presentar la Ley de Jurin, que cuantifica la altura que alcanza un líquido dentro de un capilar fino:
donde h es la altura que alcanza el líquido dentro del capilar [m], t la tensión superficial característica del líquido [N/m], q el ángulo del menisco que forma la superficie del líquido con las paredes del capilar, r la densidad del líquido [Kg/m3], g la aceleración de gravedad [9,81 m/s2], y r el radio del capilar [m].
Comprobamos cómo efectivamente la altura es inversamente proporcional tanto a la densidad del líquido como al radio del capilar. También observamos que cuanto mayor sea la tensión superficial del líquido, éste mantendrá sus moléculas superficiales más fuertemente unidas, por lo que el hundimiento de la columna líquida dentro del tubo capilar será menor y, por tanto, su altura será mayor.
Consideraciones breves sobre la tensión superficial
Hemos comprobado que la altura que alcanza un líquido dentro de un capilar fino es función, entreo otras cosas, de la tensión superficial del líquido, propiedad que también hemos visto en el vídeo anterior. El sentido físico de la tensión superficial t se puede explicar mediante la siguiente experiencia:
Supongamos que en la fig. 1 tenemos una película de líquido azul sustentada por tres alambres negros y uno naranja móvil. Según la fig. 2 estiramos esa película líquida aplicando una fuerza F sobre el alambre naranja móvil, provocando así un estiramiento de esa película líquida reflejado en una variación unidireccional Dx. Estamos hablando por tanto de una fuerza que ha provocado un desplazamiento, así que definimos:
de tal manera que esta tensión superficial t tendrá unidades de N/m.
Resulta evidente por otra parte, que t variará según las fuerzas intermoleculares características del líquido. Si las fuerzas intermoleculares son intensas, costará más esfuerzo estirar la película líquida, y por tanto t tendrá un valor alto. También debemos recordar que esas fuerzas intermoleculares se debilitan conforme aumentamos la temperatura, debido al incremento en el movimiento molecular, por tanto, para un mismo líquido, t será inversamente proporcional a su temperatura.
La capilaridad es un fenómeno que se manifiesta en los líquidos tal y como hemos visto en el presente vídeo. Para profundizar un poco en su estudio, vamos a presentar la Ley de Jurin, que cuantifica la altura que alcanza un líquido dentro de un capilar fino:
donde h es la altura que alcanza el líquido dentro del capilar [m], t la tensión superficial característica del líquido [N/m], q el ángulo del menisco que forma la superficie del líquido con las paredes del capilar, r la densidad del líquido [Kg/m3], g la aceleración de gravedad [9,81 m/s2], y r el radio del capilar [m].
Comprobamos cómo efectivamente la altura es inversamente proporcional tanto a la densidad del líquido como al radio del capilar. También observamos que cuanto mayor sea la tensión superficial del líquido, éste mantendrá sus moléculas superficiales más fuertemente unidas, por lo que el hundimiento de la columna líquida dentro del tubo capilar será menor y, por tanto, su altura será mayor.
Consideraciones breves sobre la tensión superficial
Hemos comprobado que la altura que alcanza un líquido dentro de un capilar fino es función, entreo otras cosas, de la tensión superficial del líquido, propiedad que también hemos visto en el vídeo anterior. El sentido físico de la tensión superficial t se puede explicar mediante la siguiente experiencia:
Supongamos que en la fig. 1 tenemos una película de líquido azul sustentada por tres alambres negros y uno naranja móvil. Según la fig. 2 estiramos esa película líquida aplicando una fuerza F sobre el alambre naranja móvil, provocando así un estiramiento de esa película líquida reflejado en una variación unidireccional Dx. Estamos hablando por tanto de una fuerza que ha provocado un desplazamiento, así que definimos:
de tal manera que esta tensión superficial t tendrá unidades de N/m.
Resulta evidente por otra parte, que t variará según las fuerzas intermoleculares características del líquido. Si las fuerzas intermoleculares son intensas, costará más esfuerzo estirar la película líquida, y por tanto t tendrá un valor alto. También debemos recordar que esas fuerzas intermoleculares se debilitan conforme aumentamos la temperatura, debido al incremento en el movimiento molecular, por tanto, para un mismo líquido, t será inversamente proporcional a su temperatura.
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