3. ¿Podemos clasificar a las
sustancias?
Sí, una de las formas es :
Por estado de agregación
4. ESTADOS DE AGREGACIÓN DEESTADOS DE AGREGACIÓN DE
LA MATERIALA MATERIA
Todas las sustancias
pueden existir al menos en
principio en los tres
estados:
SÓLIDO
LÍQUIDO GASEOSO
5. • Los estados de agregación de la
materia que se conocen
actualmente son cinco: sólido,
líquido, gas, plasma y condensado
de Bose-Einstein
• NOTA: Para fines del Curso , se
consideran solamente los tres más
conocidos.
• Al plasma se le llama a veces "el cuarto
estado de la materia", además de los
tres "clásicos", sólido, líquido y gas. Es
un gas en el que los átomos se han roto,
que está formado por electrones
negativos y por iones positivos, átomos
que han perdido electrones y han
quedado con una carga eléctrica
positiva y que están moviéndose
libremente.
• Otro estado de la materia es el
condensado de Bose-Einstein (CBE),
predicho en 1924 por Satyendra Nat
Bose y Albert Einstein, y obtenido en
1995 (los físicos Eric A. . Cornell, Carl
. Wieman y Wolfgang Ketterle
compartieron el PREMIO NOBEL DE
FÇISICA de 2001 por este hecho). Este
estado se consigue a temperaturas
cercanas al cero absoluto y se
caracteriza porque los átomos se
encuentran todos en el mismo lugar,
formando un superátomo.
6. GASES LÍQUIDOS SÓLIDOS
No tienen forma ni
volumen propio
No tienen forma pero sí
volumen propio
Tienen forma y volumen
propio
Fluyen Fluyen No fluyen
Son compresibles Son poco compresibles
Son prácticamente
incompresibles
Las densidades son mucho
mas bajas que las de los
líquidos y sólidos
correspondientes
Tienen generalmente
densidades intermedias
entre los gases y los
sólidos, pero con valores
mas cercanos a las de los
sólidos
Tienen altas densidades
Difunden rápidamente
entre si
Difunden entre sí pero
mucho más lentamente que
los gases
Prácticamente no
difunden entre sí
9. Fusión
Congelación
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.
Cambios de fase
Líquido
Sólido
Temperatura
10. Calor molar de fusión (ΔHfus) es la energía necesaria
para fundir un mol de un sólido.
11. Sublimación
11.8
Depositación
H2O (s) H2O (g)
Calor molar de sublimación
(∆Hsub) es la energía
necesaria para sublimar
un mol de un sólido.
Cambios de fases
Temperatura
Sólido
Líquido
12. FUSIÓN Y
SOLIDIFICACIÓN
es el cambio de estado que
ocurre cuando una
sustancia pasa del estado
LÍQUIDO al SÓLIDO, por
disminución de la
temperatura.
SOLIDIFICACIÓN
es el cambio de estado que
ocurre cuando una
sustancia pasa del estado
SÓLIDO al LÍQUIDO, por
aumento de la temperatura.
La temperatura a la cual
sucede dicho cambio se la
llama PUNTO DE FUSIÓN.
FUSIÓN
13. SUBLIMACIÓN
• Sólo algunas sustancias pueden pasar del
estado SÓLIDO al GASEOSO y del
GASEOSO al SÓLIDO, sin pasar por el
estado líquido intermedio.
Comercialmente esta propiedad es
aprovechada en la NAFTALINA y,el YODO
y el AZUFRE
Explicación del gráfico:
• Calentamos en un vaso de precipitados el
IODO SÓLIDO, veremos que se
transforma en VAPOR, sin pasar por el
estado LÍQUIDO, este proceso se llama
VOLATILIZACIÓN.
• El VAPOR de IODO chocará con el fondo
del balón, y la rápida disminución de la
temperatura hará que el IODO vuelva al
estado SÓLIDO en la forma de pequeños
cristales, que podremos observar si
levantamos, como se muestra a la
izquierda, el balón.
14. • En el estado gaseoso las
moléculas están
separadas unas de otras a
temperatura y presión
ordinaria y no interactúan
significativamente.
• Por esta razón las
propiedades físicas de los
gases pueden describirse
mediante relaciones
matemáticas
sencillas.(leyes de los
gases).
• En los líquidos y
sólidos, también
llamados fases
condensadas las
partículas se
encuentran en forma
más compacta e
interactúan
fuertemente.
• Los tres estados de la
materia pueden ser
interconvertibles
entre ellos sin que
cambie la
composición de la
sustancia.
15. * ¿ Qué es un sólido ?
→ Un material que no fluye
16. ESTADO SÓLIDO
• Fuerza de cohesión (atracción).
• Vibración.
• Tiene forma propia.
• Los sólidos no se pueden comprimir.
• Resistentes a fragmentarse.
• Volumen definido.
• Puede ser orgánico o inosganico.
17. IMPORTANCIA TECNOLÓGICA
• Las características
más notorias de
los sólidos son la
rigidez, la
incompresibilidad
y, en el caso de los
sólidos cristalinos,
su geometría
característica
• Los sólidos tienen
una importancia
crucial en la
ciencia y la
técnica debido al
auge que ha
tenido
últimamente el
área conocida
como “nuevos
materiales”.
19. •Un sólido cristalino :
Los iones, átomos o
moléculas que lo
componen tienen un
orden de largo alcance y
forman una RED
CRISTALINA.
Tienen punto de fusión
definido.
•Ejemplos de Sólidos cristalinos:
–azúcar,
–sal,
–S8 (azufre cristalino), etc
•Un sólido amorfo:
• No tienen orden de largo alcance
•No tienen punto de fusión definido.
•Ejemplos de Sólidos amorfos:
–vidrio, goma,
–azufre plástico (obtenido al
enfriar abruptamente azufre
líquido), etc.
20. Cgrafito y CdiamanteAlotropía :
fenómeno en el cual un
sólido (metálico o no
metálico) puede presentar
más de una estructura
cristalina ejemplo: el
diamante y el grafito son
constituídos por atómos
de carbono organizados
en diferentes estructuras
cristalinas.
22. Reticulado cristalino
• Conceptos sobre materiales cristalinos:Conceptos sobre materiales cristalinos:
– Estructura cristalina. Es la forma geométrica como átomos
, moléculas o iones se encuentran espacialmente
ordenados.
– Átomos o iones son representados como esferas de diametro
fijo.
– Reticulado: Arreglo tridimensional de puntos en el que
cada punto tiene los mismos vecinos.
– Celda unitaria: Es el menor grupo de átomos representativo
de una determinada estructura cristalina.
– Número de Coordinación : el numero de átomos que tocan
a otro en particular, es decir el numero de vecinos mas
cercanos, indica que tan estrechamente están
empaquetados los átomos.
– Parámetro de Red : Longitudes de los lados de las celdas
– unitarias y los ángulos entre estos lados.
23. Reticulado cristalino
• Sólido cristalino en el cual los
átomos son representados por
esferas rígidas
En el reticulado cristalino dos puntos cualquiera tienen
los mismos vecinos.
•Reticulado
cristalino
24. Una celda unitaria es la unidad estructural
esencial repetida de un sólido cristalino.
Mínima unidad que da toda la información acerca
de la estructura de un cristal
Celda unitaria
Punto
reticular
Celda unitaria en 3 dimensiones
En los puntos
reticulares:
• Átomos
• Moléculas
• Iones
25. • La estructura del sólido cristalino se
representa mediante la repetición de la celda
unidad en las tres direcciones del espacio
Celda
unidad
Translación
eje y
Translación
eje X
Translación
eje Z
26.
27. 11.4
Los siete tipos de celdas unitarias
Cúbica simple Ortorrómbica Romboédrica
Monoclínica Triclínica
28. 11.4
Los tres tipos de celdas cúbicas
Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras
31. Otra forma de clasificar a los
sólidos es por la naturaleza del
enlace:
- Iónicos
- Moleculares
- Redes covalentes
- Metales
32. Cristales iónicos
– Cristales iónicos
• Características
– La cohesión se debe a enlaces iónicos (50-100
kJ/mol)
– Formados por especies cargadas
– Puntos reticulares ocupados por cationes y aniones
• Propiedades
– Duros y quebradizos
– Puntos de fusión altos
– En estado líquido y fundido son buenos conductores
de la electricidad
• Ejemplos
– NaCl, Al2O3, BaCl2, CsCl, ZnS, CaF2
– sales y silicatos
36. Algunos Silicatos
• O+Si >70% en peso en la corteza.
• La mayor parte de las rocas de la corteza y del manto
están formadas por silicatos.
• La columna vertebral de los silicatos es el tetrahedro de
silicio
O-2
O-2
O-2 Si+4
Tetrahedro de Silicio
. Micas, arcillas.
K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2
Cuarzo,
Ab=NaAlSi3O8
36
37. Cristales molecularesCristales moleculares
• Propiedades
– Blandos, compresibles y deformables
– Puntos de fusión bajos
– Malos conductores del calor y electricidad. Los cristales
moleculares suelen ser muy buenos aislantes eléctricos.
Las moléculas no tienen carga eléctrica neta y los
electrones se encuentran localizados alrededor de un
grupo específico de átomos. Consecuente- mente no hay
partículas cargadas que estén libres para moverse en un
campo eléctrico.
• Ejemplos
– H2O(s)
38. • CaracterísticasCaracterísticas
– Puntos reticulares ocupados
por moléculas . La unidad
que se repite es un átomo o
molécula químicamente
identificable sin carga neta.
– Unidos por fuerzas de Vas
der Waals (1 kJ/mol) o
enlaces por puentes de H
• PropiedadesPropiedades
– Blandos, compresibles y
deformables
– Puntos de fusión bajos
– Malos conductores del calor
y electricidad. Los cristales
moleculares suelen ser muy
buenos aislantes eléctricos.
Las moléculas no tienen
carga eléctrica neta y los
electrones se encuentran
localizados alrededor de un
grupo específico de átomos.
Consecuente- mente no hay
partículas cargadas que
estén libres para moverse en
un campo eléctrico.
Ejemplo:
H2O(s)
Cristales molecularesCristales moleculares
39.
40. Máxima densidad
40
C
El hielo es menos denso que el agua
Densidad del agua
11.3
El agua es una sustancia
única
Temperatura
Densidad(g/mL)
Estructura
tridimensional
del hielo
41.
42. Cristales covalentesCristales covalentes
• Características
– La cohesión cristalina se
debe únicamente a enlaces
covalentes (100-1000
kJ/mol).
– Puntos reticulares ocupados
por átomos.
– El resultado es una red
rígida tridimiensional,
que enlaza cada átomo a
todos los demás. De
hecho todo el crsital
podría considerarse como
una sola molécula.
• Propiedades
– Duros e incompresibles
– Malos conductores
eléctricos y del calor
• Ejemplos
– 2 alótropos de carbón
(Cgrafito y Cdiamante,
46. • En el diamante, cada
átomo de carbono
está unido a otros
cuatro en forma de
una red
tridimensional muy
compacta (cristales
covalentes), de ahí su
extrema dureza y su
caracter aislante.
47. • En el grafito los átomos de
carbono están distribuidos en
forma de capas paralelas
separadas entre sí mucho más
de lo que se separan entre sí
los átomos de una misma
capa. Debido a esta unión tan
debil entre las capas atómicas
del grafito, los deslizamientos
de unas frente a otras ocurre
sin gran esfuerzo, y de ahí su
capacidad lubricante, su uso
en lapiceros y su utilidad
como conductor.
http://www.oviedo.es/personales/carbon/grafito%20y%20fibr
as/grafito.htm
48. • Los fulerenos tienen una estructura similar
al grafito, pero el empaquetamiento
hexagonal se combina con pentágonos (y, en
ciertos casos, heptágonos), lo que curva los
planos y permite la aparición de estructuras
de forma esférica, elipsoidal o cilíndrica.
• El constituido por 60 átomos de carbono,
que presenta una estructura tridimensional y
topología similar a un balón de fútbol, es
especialmente estable. Los general, y los
derivados del 60 en particular, son objeto de
intensa investigación en química desde su
descubrimiento a mediados de los 1980.
• A esta familia pertenecen también los
nanotubos de carbono, que pueden
describirse como capas de grafito enrolladas
en forma cilíndrica y rematadas en sus
extremos por hemiesferas (fulerenos), y que
constituyen uno de los primeros productos
industriales de la nanotecnología.
FULLERENOS
NANOTUBOS
OTROS ALÓTROPOS
DEL CARBONO
50. Clasificación en metales, no metales y semimetales
Sea cual sea el criterio elegido siempre quedan algunos
elementos en la región limítrofe: semimetales o metaloides.(B,
Si, Ge y Te)
51. Cristales metálicosCristales metálicos
• Características
– Puntos reticulares ocupados
por átomos metálicos
– Se mantienen juntos por
enlaces metálicos
– Los electrones se
encuentran deslocalizados
en todo el cristal
• Ejemplos
– Ca, Na, Li,Ag, Au,
Cu, etc.
• Propiedades
– Resistentes debido a la
deslocalización
– Debido a la movilidad de los
electrones, buenos
conductores de la
electricidad y el calor.
– Se caracterizan por su
brillo, reflectividad, altas
conductividades térmica y
eléctrica y por su malea-
bilidad (facilidad con que se
pueden estirar, forjar y
doblar sin romperse).
– Blando a duro, punto de
fusión bajo a alto
52. Sin embargo, se debe tener en cuenta
que:
1. La mayoría de los metales carece de una o más de estas
características. Por ejemplo, el W es quebradizo y
consecuentemente no es maleable.
2. El Pb es muy maleable pero no es un buen conductor de
la electricidad.
3. La estructura electrónica de los metales se puede
representar por un modelo de electrón libre, en la cual
los electrones de valencia no están localizados sobre
ningún átomo o conjunto de átomos, sino que le
“pertenecen” a todo el cristal.
4. En una representación simplificada se considera que es
un conjunto de iones positivos sumergidos en un “mar”
de electrones.
53. Sección transversal de un cristal metálico
núcleos y
e-
internos del cascarón
“mar” móvil
de e-
54. • Este modelo de electrones libres explica la alta
conductividad térmica y eléctrica y concuerda
también con las propie-dades mecánicas de los
metales.
• En lo que respecta a las propiedades físicas
hay una enorme dispersión, ya que por ejemplo
el Hg funde a -39o
C y el W a 3300o
C.
• Los metales alcalinos se pueden cortar con un
cuchillo mientras que el Os raya al vidrio.
• El Cu es 65 veces mejor conductor que el Bi.
Esto simplemente da cuenta de lo complejo que
es el enlace metálico.
63. SÓLIDOS AMORFOSSÓLIDOS AMORFOS
• Los átomos o moléculas que lo forman no se
encuentran en posiciones fijas del cristal y por
tanto, carecen de una distribución
tridimensional regular.
• Un sólido amorfo no posee una distribución
regular ni orden molecular de gran alcance.
64.
65. VidrioVidrio
• Producto de fusión de materiales inorgánicos que se
han enfriado a un estado sólidos sin cristalizar
• Sus principales componentes son
– SiO2, NaO2 y B2O3 fundidos
• El color del vidrio es debido a la presencia de iones
metálicos
– Fe2O3, CuO color verde
– UO2 color amarillo
– CoO, CuO color azul
– Au y Cu color rojo
