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             FACULTAD DE BIOLOGÍA



               QUIMICA INORGÁNICA



   PRÁCTICA No.3: “ESTADOS DE AGREGACIÓN”



                    EQUIPO No.5

            Aguilar Acevedo Alexa Sharai

          Castro González Jesús Emmanuel

                Nativitas Lima Reyes

             Perusquía Cabrera Daniela

              Sánchez Romero Daniela



Mta. IQ.BERTHA MA. DEL ROCÍO HERNÁNDEZ SUÁREZ



    Fecha de realización de la práctica: 19/09/2012

     Fecha de entrega de la práctica: 25/09/2012
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                       ESTADOS DE AGREGACIÓN

SUSTENTO TEÓRICO

      Con el término de estado de agregación nos referimos a los estados físicos,
en que la materia puede presentarse, y con él tratamos de resaltar las diferencias
fundamentales que los caracterizan, asi como aludir a la forma y disposición en que
se encuentran agrupadas las partículas constituyentes de la materia en cada uno
de dichos estados. Cualquier tipo de materia, según las condiciones de presión y
temperatura a las que se encuentre sometida, puede presentarse bajo la apariencia
de tres estados reales de agregación: sólido, líquido y gaseoso.

      Centrándonos en los estados de agregación, la materia y concretamente una
sustancia pura (simple o compuesta), puede presentarse en cualquiera de ellos,
siendo posible el cambio de estado, mediante el aporte o eliminación de energía
calorífica, o modificando las condiciones de presión o temperatura a que se
encuentre sometida. Las transformaciones entre los diferentes estados de
agregación reciben nombres característicos. El paso del estado sólido a líquido se
denomina fusión y el de este estado al gaseoso, vaporización. Por el contrario el
proceso de cambio de estado gaseoso a líquido, se conoce como licuefacción o
más comúnmente como condensación, y el paso del estado líquido al sólido se
designa como solidificación. Al proceso de cambio del estado sólido directamente
al gaseoso y a la inversa, se alude indistintamente como sublimación. El anterior
planteamiento no es general, ya que existen algunas sustancias sólidas y líquidas
cuya transformación al estado gaseoso sin descomposición, es difícil de lograr.



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                       ESTADOS DE AGREGACIÓN

      En general, la materia desde el punto de vista estructural, se caracteriza
porque sus partículas gozan de un mayor o menor grado de liberación de
movimientos. Esta circunstancia conocida como agitación térmica, es consecuencia
y manifestación de su contenido energético; es máxima en los gases y mínima en
el estado sólido. Dentro de cada estado de agregación, esta “agitación” se ve
frenada en mayor o menor grado, por la presencia ineludible de interacciones
interpartículas (hecho característico de la realidad de un estado de agregación)
cuya intensidad es función de la naturaleza de la sustancia considerada.




OBJETIVOS

Observar y comprender mediante la elaboración de nuestra práctica los diferentes
estados de agregación de la materia y los procesos y variantes que generan que
una sustancia pase de un estado a otro.




DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA

Realizaremos diferentes experimentos sencillos mediante los cuales se observarán
cambios de estado de la materia, se discutirán las características de cada estado
en equipo y a continuación se identificarán los estados de cada sustancia.




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REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA

   1. Antes de realizar la práctica llevar a cabo una discusión grupal con el
      profesor acerca de los diferentes estados de agregación de la materia.
   2. Tomar dos vasos; colocar en uno de ellos el clavo, y en otro, verter un poco
      de agua.
   3. Describa lo que observa en cada recipiente. ¿En qué estado se encuentra la
      materia en ambos vasos? ¿Qué parámetros ha utilizado para asignar este
      estado de la materia? Probablemente, uno de los criterios sea que los
      líquidos adoptan la forma del recipiente. ¿Será suficiente esta descripción?.
   4. Tome el tercer vaso y vierta en él un poco de sal (o azúcar). Registre sus
      resultados.
   5. Contestar la siguiente pregunta ¿Será la sal (el azúcar) un líquido? Justifique
      respuesta.
   6. Para ayudar a encontrar la respuesta, puede valerse de una lupa. Observe
      los cristales y explique por qué se puede “verter” la sal.
   7. Tome el tubo de pasta dentífrica. Quítele la tapa y colóquelo verticalmente,
      con la boca hacia abajo. Observe. ¿Fluirá? Presione levemente el tubo.
      Describa sus observaciones y registre los resultados.
   8. Conteste la siguiente pregunta: ¿Es la pasta dentífrica un líquido? Justifique
      su opinión.
   9. Tome una jeringa, llénela aproximadamente hasta la mitad con agua.
   10. Llene la otra jeringa hasta la mitad con aire.



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   11. Observe ambas y compare. Describa y registre sus observaciones y
      compare las diferencias y similitudes que presentan los líquidos y los gases.
   12. Tape el orificio que corresponde a la aguja con el dedo y empuje
      suavemente con el émbolo. Describa y registre sus observaciones.
   13. Tome una esponja y comprímala con los dedos.
   14. Conteste la siguiente pregunta: ¿Será la esponja un gas? Justifique su
      opinión.
   15. Vacíe ambas jeringas (los líquidos y los gases fluyen con facilidad).
      Compare con el tubo de pasta dentífrica.
   16. Discuta las diferencias y similitudes entre aire y agua y entre agua y
      dentífrico.




RESULTADOS Y DISCUSIÓN

      En las pruebas realizadas se observa claramente los diferentes estados de
las sustancias observadas, sus diferencias y similitudes.

      Entre el recipiente que contiene el clavo
      y el agua se notan claras diferencias, el
      agua    al    estar   en   estado   líquido
      adquiere la forma dl recipiente y
      permite ver lo que hay del otro lado del
      mismo al ser incolora; el clavo conserva


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      su forma original, color y textura, esto nos dice que su estado es sólido, su
      forma no cambia al estar sus moléculas están unidas en forma ordenada y
      con poca movilidad.
      Otra característica que nos hizo determinar los estados de ambas sustacias
      es que al inclinar poco a poco los vasos notamos que el agua puede
      seccionarse fácilmente y el clavo se queda entero en el recipiente y cae
      completo al voltearlo, es decir, no se fragmenta en varias sustancias.
      Al verter el azúcar en el agua notamos que se dispersa hasta ser casi
      inidentificable en el agua, pero al dejar reposar la mezcla y usar la lupa
      notamos aún presentes los cristales
      de azúcar en el fondo del recipiente.
      Definimos que el azúcar no se
      convierte en un líquido simplemente
      sus moléculas se dispersan en él. De
      igual forma se sabe que por un
      proceso físico podríamos recuperar la
      misma cantidad de azúcar cosa que
      no ocurriría si esta se convirtiera en líquido al entrar al agua pues de la
      misma manera se evaporaría.
      La pasta por sí sola no fluyó, tuvimos que ejercerle presión al tuvo para que
      saliera y aun así salió lentamente y al fragmentarse cayó rápido
      haciéndonos ver que tiene un gran peso. Concluimos que la pasta es un



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      líquido ya que presenta gran cantidad de características similares a las del
      agua solo que con una densidad mayor.




      Observando ambas jeringas notamos más diferencias que similitudes.


      Diferencias                                  Similitudes
      Los gases son más livianos que los Ambos pueden presentar olor o no
      líquidos
      Viendo a través de ellas el agua Ambos pueden presentar color o no
      deforma un poco la imagen del otro
      lado
      Al     agitarlas   en   la   jeringa   que
      contiene el agua se nota que ésta
      responde al movimiento



                                                                                6
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      La dispersión de sus moléculas es
      muy diferente y el tamaño de las
      mismas también.




      Al tapar el orificio que corresponde a la aguja con el dedo y ejercer presión
      ni una de las dos sustancias sede.
      La esponja no es un gas, es un sólido que presenta flexibilidad al tener una
      estructura espaciada que le da esta característica.
      El aire y el agua fluyen con facilidad a diferencia de la pasta, todos
      adquirieron la forma del recipiente y al salir la pasta conservó la forma del
      orificio de salida a diferencia del agua y el aire. La pasta presenta color olor
      y sabor a diferencia del agua y el aire.



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CONCLUSION

      Realizamos exitosamente nuestra práctica ya que logramos identificar y
comprender los diferentes estados de las diferentes sustancias observadas; las
diferencias y similitudes descritas pudieron habernos confundido y haber variado
nuestros resultados, pero analizando bien y justificando nuestras respuestas,
concluimos en el estado correcto de cada una de ellas.




CUESTIONARIO

   1. Describa los sólidos, líquidos y gases con base en la manera en que llenan
      un recipiente.

Los líquidos y los sólidos adoptan la forma del recipiente que llenan, los sólidos
conservan su forma original. A los líquidos y los sólidos basta con verterlos en el
nuevo recipiente para que no se pierda sustancia, con los gases hay que tomar
medidas específicas para trasladarlos de un recipiente a otro para que no se
combinen con otro gas flotando en el aire y para que no se pierda reactivo.

      Use su descripción para identificar el estado físico (a temperatura ambiente)
      de cada una de las siguientes sustancias:
      i) Helio en un globo




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      ii) Mercurio en un termómetro




      iii) Sopa en un tazón


   2. Use la descripción que hizo en el problema anterior para identificar el estado
      físico (a temperatura ambiente) para lo siguiente:
      i) El aire de su cuarto
         El aire contenido es un gas, ya que posee las características propias de
         este, adopta la forma del lugar donde se contiene, ocupa completamente
         el volumen de este y no tiene forma definida
      ii) Las tabletas de vitaminas en una botella
         Son sólidos los reactivos que este contiene, que se encuentran
         encapsulados con aire, que es un gas.


      iii) Azúcar en un sobre
         El azúcar se encuentra en estado sólido.




   3. ¿Cuál es el comportamiento que se observa en las partículas de un sólido
      cuando se aumenta la temperatura de éste?
      Con el calor, la energía de estas partículas que están en constante
      movimiento aumenta y entre ellas se producen mas choques y al chocar
      aumenta la energía haciendo que se dilaten las partículas

                                                                                  9
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   4. ¿A qué se debe que en los líquidos las partículas experimenten colisiones y
      fricciones frecuentes?
      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. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto,
      por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.


   5. A qué se debe que los gases presenten expansibilidad y compresibilidad?
      n los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy
      pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es
      también muy pequeño.
      Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y
      con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades
      de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas
      se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La
      compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se
      encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido.




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BIBLIOGRAFÍA

      Chang, R; (1992) Química. Mc Graw-Hill. México.
      Fernández, D. & Fernández Prini, R; (1997) Fluidos supercríticos. Ciencia
      Hoy 8 (43), p.36.
      Ceretti, Helena M.(2000) Experimentos en contexto: química: manual de
      laboratorio. Addison Wessley. Buenos Aires.
      Silberbeg, Martín S. (2002) Quimica: la naturaleza molecular del cambio y la
      materia. McGraw-Hill. México.
      Rodríguez G. J. & Rodríguez Barrantes D. (2005) Reflexiones didácticas
      sobre los estados de agregación de la materia. México.
      Fernández P. Diego & Fernández P. Roberto.(1997) Tecnología y Ciencia
      Hoy: Fluídos Supercríticos. FCEyN UBA.
      Hernándo G. M. Soledad (2011) Estados de agregación de la materia.
      Domínguez B. Beatríz (2011) Composición de las nubes.




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ANEXOS

Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Asociación Ciencia Hoy

ARTÍCULO: Fluidos Supercríticos

Diego P. Fernández y Roberto Fernández Prini

INQUIMAE (Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y
Energía), FCEyN, UBA, Unidad de Actividad Química, CNEA




LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

      Los estados o fases de la materia, que son familiares en la experiencia
cotidiana -sólido, líquido y gas- son fácilmente diferenciables por sus propiedades.
Se han elaborado modelos simples que describen y predicen las principales
características de los estados sólido y gaseoso (designados, respectivamente
como modelos de sólidos armónicos y de gases ideales). En cambio, ha sido más
difícil construir modelos que describan las propiedades del estado líquido. Esto se
debe a que los Iíquidos comparten algunas características de los sólidos, tales
como alta densidad, baje compresibilidad y elasticidad ante el Impacto, con otras
que son propias de los gases tales como fluidez y la capacidad de sus moléculas
de desplazares libremente en su seno permitiendo que un líquido adquiera la forma
del recipiente que lo contiene. Este comportamiento dual tiene la paradójica
consecuencia de que el modelo universalmente utilizado para representar las

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características estructurales de los líquidos densos (llamado modelo de esferas
duras), sea incapaz de describir el cambio de feas de líquido a vapor.

      La característica más distintiva que lo define y diferencia de los otros dos
estados de agregación de le materia, es que el líquido sólo existe cuando su
temperatura es inferior a un vapor característico pare cada líquido en particular,
llamada temperatura crítica (Tc). La Figura I muestra cómo varia la presión de un
líquido en equilibrio con su vapor (esto es, con le fase gaseosa del mismo líquido)
en función de su densidad para diferentes valores constantes de temperatura (por
ello las curvas se llaman isotermas).




                                            Fig. I.

                                            Isotermas para un fluido que indican
                                            cómo varía su presión con la densidad.
                                            En la región abarcada por la curva en
                                            forma de campana coexisten el líquido
                                            y su vapor.

      Puede verse que a temperaturas inferiores a la temperatura crítica las
isotermas tienen una zona horizontal en la que coexisten los estado líquido y
gaseoso; a la izquierda de la horizontal el líquido cambia a le fase gaseosa
(moléculas muy separadas entre si como se simboliza con los círculos sombreados
del inserto de la izquierda) mientras que a la derecha de esta zona desaparece la

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                       ESTADOS DE AGREGACIÓN

fase gaseosa y predomina la líquida (moléculas muy cercanas entre si, como se
simboliza con los círculos sombreados del inserto de la derecha). La figura también
muestra que los dos puntos donde se produce el cambio de fase de cada isoterma
pueden unirse por una curva cóncava hacia abajo en forma de campana, esta
curva delimita la zona donde las isotermas son horizontales y por lo tanto todos los
puntos que pertenezcan a la región que está debajo de ella corresponden a
condiciones en que es posible la existencia simultánea del liquido y de su vapor.
Nótese que le curva en campana tiene su valor máximo en un punto que toca a la
isoterma correspondiente a la Tc y que para la temperatura correspondiente a esa
isoterma o para temperaturas superiores no hay estado líquido. El punto en el
plano en que la isoterma crítica toca tangencialmente la curva en campana
corresponde al punto crítico. En este punto singular el líquido, además de tener la
temperatura crítica, estará en su presión y en su densidad críticas, las que también
son características de cada substancia particular. En consecuencia, así como
puede definirse una isoterma crítica en el gráfico de presión en función de le
densidad de la Figura I también podrá definirse una isobara crítica (curva que une
puntos con la misma presión) en un gráfico de presión en función de la temperatura
y una isocora crítica (curva que une puntos de idéntica densidad) en un gráfico de
densidad en función de la temperatura.




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                                        Fig. II

                                        Las fases estables de un fluido se ubican
                                        en 1 valores de densidad correspondientes
                                        a los mínimos de las curvas, para las
                                        temperaturas T1 y T2 (T1 < T2 <Tc). A
                                        medida que aumenta la temperatura, los
                                        mínimos se desplazan por las curvas
                                        punteadas. A Tc sólo hay una fase fluida
                                        estable.

                                                  La Figura II muestra cómo varia la
                                        estabilidad termodinámica de un sistema
                                        similar al de la Figura l en función de su
                                        densidad y para distintas temperaturas.

                                                  Puede   verse   que    cuando     la
temperatura es inferior a Tc (T1<T2<Tc) las curvas exhiben dos mínimos de
máxima estabilidad que corresponden a los estados gaseoso (a la izquierda) y
líquido (a la derecha). A medida que las isotermas se aproximan a la de la
temperatura crítica, la altura de la barrera que los separa disminuye, los mínimos
se hacen menos definidos y finalmente al alcanzar la Tc se superponen y dan lugar
a un único mínimo ubicado en una región intermedie entre los mencionados
anteriormente.Una visión intuitiva del significado físico de la temperatura crítica se
puede obtener imaginando qué sucede cuando se comprime lentamente un gas y

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                       ESTADOS DE AGREGACIÓN

teniendo en cuente que los estados termodinámicamente estables resultan de un
compromiso entre la disminución de su energía potencial y el aumento de su
desorden (entropía). A medida que la compresión avanza, las moléculas del gas se
aproximan entre sí aumentando el espacio que ellas ocupan dentro del volumen
total del gas, esto es, la fracción de empaquetamiento se hace mayor.Como
consecuencia de esto el desorden del sistema (su entropía) disminuye. A cualquier
temperatura que sea menor que la crítica (Tc) es posible alcanzar condiciones en
las que el fluido puede encontrarse con igual probabilidad en dos estados que son
termodinámicamente distintos y que tienen densidades muy diferentes: el líquido y
el vapor.

      El    estado   líquido   está   caracterizado   por   su   alta   fracción   de
empaquetamiento, y su muy baja energía debido a la fuerte interacción entre sus
moléculas que están muy próximas entre sí. Por el contrario, el vapor, se
caracteriza por baja fracción de empaquetamiento y por su alta entropía. Por lo
tanto el estado líquido (densidades altas) se estabiliza predominantemente por la
contribución que realiza a este proceso el descenso de la energía potencial que se
produce al acercarse entre sí las moléculas. En cambio, el estado vapor
(densidades bajas) se estabiliza principalmente por el considerable aumento de la
entropía del sistema debido a que cada molécula dispone de un gran volumen
como consecuencia del bajo grado de empaquetamiento propio de la baja
densidad. La Figura II muestra que en los estados líquido y vapor las densidades
respectivas son las de los mínimos y ambas fases son igualmente estables. La
figura haca evidente que es muy difícil lograr que una fase tenga densidad distinta

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de la del equilibrio ya que los mínimos están ubicados en zonas separadas por
curvas muy empinadas (con una curvatura muy grande), de modo que salir de ellas
requiere el aporte de mucha energía. La figura también muestra que esta situación
cambia a medida que aumenta la temperatura, ya que "los pozos" se acercan y
disminuye la altura de la barrera que los separa y su grado de empinamiento.
Cuando la temperatura es Tc los dos mínimos funden en uno solo. Este presenta
escasa curvatura, como consecuencia de lo cual el sistema tiene poca estabilidad y
puede muy fácilmente adoptar una densidad distinta de la del mínimo. Por eso se
dice que en estas condiciones el fluido es muy susceptible.

      La línea punteada de la Figura II muestra que a medida que aumenta la
temperatura,   las   densidades    de    las   dos   fases    fluidas   se   aproximan
progresivamente. Por eso, a partir de la temperatura critica ya no será posible una
compensación entre los efectos opuestos de la disminución de la energía
intermolecular y el del aumento de entropía. En este estado se llega al punto crítico
en que las fases vapor y líquido se hacen idénticos y no pueden diferenciarse más.

      En la vecindad del punto crítico todos los sistemas materiales presentan un
comportamiento singular. A veces se habla de líquidos expandidos o de gases
comprimidos para referirse a los fluidos en condiciones supercríticas; en realidad,
por encima de la temperatura crítica se puede variar la densidad en forma continua,
desde la típica de gases hasta la que es típica de los líquidos.




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      ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

28-feb-2011
María Soledad Hernando García

      Los estados de agregación de la materia son los siguientes: sólido, líquido,
gaseoso, plasma y condensado Bose-Einstein.

      Los estados sólido, líquido y gaseoso son familiares, pero hay otros dos
estados de agregación de la materia: el estado plasma y el condensado Bose-
Einstein.

      Estado sólido

      Las partículas que forman un sólido están muy juntas, ordenadas en
posiciones fijas, tienen poca movilidad, pudiendo solo vibrar debido a la gran
intensidad de las interacciones entre las partículas que lo forman.

      Los sólidos son rígidos (no fluyen), tienen forma y volumen invariables,
cuando se calientan se dilatan, no pueden ser comprimidos, no se expanden y su
densidad es alta.

Estado líquido

      Las partículas que forman un líquido están casi juntas, tienen más movilidad
que en los sólidos, pudiendo vibrar y también deslizarse unas sobre otras. Las
interacciones entre las partículas que lo forman son menores que en los sólidos.


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                       ESTADOS DE AGREGACIÓN

      Los líquidos son fluidos, se adaptan a la forma del recipiente que los
contiene, su volumen es invariable, su expansión y compresión son bajas, cuando
se calientan se dilatan algo más que los líquidos y su densidad es media.

Estado gaseoso

      Las partículas que forman un gas ocupan todo el volumen del que disponen,
tienen más movilidad que en los líquidos moviéndose continuamente por el
recipiente en el que está contenido el gas. Las fuerzas de atracción entre las
partículas son muy pequeñas.

      Los gases son fluidos, se adaptan a la forma del recipiente que los contiene,
el volumen coincide con el del recipiente, su expansión es ilimitada, se pueden
comprimir, se difunden y su densidad es baja.

Estado de plasma

      Los átomos están formados por un núcleo y una cubierta electrónica, si
despojamos a los átomos de esa cubierta obtenemos un agregado de cationes y
electrones.

      Un plasma se define como un gas ionizado formado por electrones, cationes
y neutrones. Por muy raro que parezca este estado de agregación, está presente
en el universo, por ejemplo el sol se encuentra en estado de plasma.




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                        ESTADOS DE AGREGACIÓN

       La propiedad más importante del estado de plasma es su conductividad
eléctrica, a diferencia de los gases ordinarios que son aislantes, por ello se usan en
las lámparas fluorescentes y en televisores de plasma.

Estado condensado Bose-Einstein

       Su nombre se debe a los científicos que predijeron su existencia S. Bose y
A.Einstein. Para comprender este estado de la materia tenemos que remitirnos a la
física cuántica. Se da en materiales a baja temperatura cerca del cero absoluto,
donde muchos de los átomos se encuentran en un estado de mínima energía,
ocupando el mismo lugar.

       Las propiedades más importantes del condensado de Bose-Eintein son la
superfluidez ausencia de viscosidad y la superconductividad ausencia de
resistencia eléctrica.

Estados de la materia y temperatura

       Al calentar un cubito de hielo (estado sólido) se obtiene agua líquida; al
seguir calentando, vapor de agua. Si englobamos los estados de plasma y el
condensado de Bose-Einstein la materia al calentarla va pasando por los siguientes
estados de agregación: Condensado Bose-Einstein, estado sólido, estado líquido,
estado gaseoso y finalmente estado de plasma.




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COMPOSICIÓN DE LAS NUBES

24-mar-2011
Beatriz Domínguez Villar

      Las nubes no están formadas por vapor de agua, sino por pequeñas gotas
que, debido a su pequeño peso, flotan en el aire.

      Un error muy común es creer que las nubes están formadas por vapor de
agua. Sin embargo, si esto fuera así, no podríamos verlas, ya que el vapor de agua
es transparente. Las nubes están formadas por pequeñas gotas de agua o incluso
pequeños cristales de hielo.

Diferencias entre gas, líquido y sólido

      Las diferencias entre gas, líquido y sólido vienen definidas por las
características de sus enlaces intermoleculares, que se reflejan en ciertas
propiedades físicas. Es decir, la unión entre las moléculas que componen el
producto es más fuerte en el sólido que en el líquido o el gas, y más fuerte en el
líquido que en el gas. Esto se traduce en que los gases generalmente “flotan”, los
líquidos “fluyen” y los sólidos permanecen estáticos. Sin embargo, a simple vista,
hay ciertas excepciones que pueden inducir a error. Así, las vidrieras de las
catedrales también son “liquidas”, no sólidas, como se puede comprobar en las que
son muy antiguas, donde los dibujos aparecen alargados y deformados debido a
que han “fluido” a lo largo de los años.



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      En el caso de un gas, las moléculas están completamente libres. Ruedan y
chocan unas con otras, pero sin llegar a enlazarse. Cuando se encuentran en un
recipiente amplio, las moléculas se expanden y ocupan todo el espacio disponible;
si el recipiente es menor, se adaptan al espacio del que disponen. Se comportan
como jóvenes en una discoteca, bailando cada uno a su aire, chocando unos con
otros y ocupando el máximo espacio disponible.

      Los líquidos, sin embargo, sí tienen uniones entre las moléculas. No son
uniones muy fuertes, y se rompen y forman constantemente, lo cual le permite al
líquido “fluir”. De vez en cuando, alguna molécula se “escapa” del líquido y pasa a
formar parte de una capa gaseosa que se encuentra en equilibrio con él y viceversa
(equilibrio líquido-gas). Sería algo parecido a un grupo de personas que bailan en
una sala formando grupos, cruzándose unos con otros y cambiando de pareja
constantemente.

      Finalmente, los sólidos tienen una forma definida, los enlaces entre sus
moléculas son muy fuertes y se mueven como un todo. Tienen una forma y un
volumen constante (a menos que se rompa, claro). Sería como una pareja bailando
un vals.

Composición de las nubes

Según esta definición, se comprende que el vapor de agua sea invisible, ya que el
ojo humano es incapaz de distinguir moléculas libres. Sin embargo, las nubes son
visibles. ¿Por qué?


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                       ESTADOS DE AGREGACIÓN

      Las nubes no están formadas por vapor de agua, sino por microgotas que
pesan tan poco que “flotan” en la atmósfera gracias a las corrientes de aire
ascendente que forman la propia nube. Cuando estas corrientes son muy fuertes
(como ocurre en las nubes de tormenta), las gotas pueden alcanzar un gran
tamaño, y si el aire además es frío, estas gotas se pueden congelar y dar lugar a
granizo. En el caso de nubes a gran altura, estas gotas pueden llegar a congelarse:
son nubes de hielo.

¿Se puede provocar la lluvia?

      Para que se formen las nubes no basta con una alta humedad, hace falta
que en el ambiente haya también partículas sólidas que actúen como “núcleos de
condensación”. Lo cual quiere decir que las microgotas no son agua pura y a
medida que caen pueden disolver otras partículas que se encuentren en la
atmósfera. Es por esto por lo que se produce la “lluvia ácida” o por lo que puede
llegar a “llover barro” si en la atmósfera había tierra en suspensión.

      De este modo, cuando en una zona se producen fuertes corrientes
ascendentes unido a un aumento en la humedad relativa del aire, es que se está
preparando una tormenta. Pero si no hay partículas sólidas suficientes, las gotas no
alcanzarán un peso suficiente como para “caer” hasta que la nube esté muy
desarrollada, y entonces lo harán de forma torrencial, pudiendo provocar
inundaciones. Es por eso por lo que en algunos lugares se “bombardean” las nubes
con partículas sólidas (generalmente yoduro de plata), lo cual aumenta el número
de gotas y su peso, provocando la lluvia antes de que esta se vuelva catastrófica.

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  • 1. UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA QUIMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No.3: “ESTADOS DE AGREGACIÓN” EQUIPO No.5 Aguilar Acevedo Alexa Sharai Castro González Jesús Emmanuel Nativitas Lima Reyes Perusquía Cabrera Daniela Sánchez Romero Daniela Mta. IQ.BERTHA MA. DEL ROCÍO HERNÁNDEZ SUÁREZ Fecha de realización de la práctica: 19/09/2012 Fecha de entrega de la práctica: 25/09/2012
  • 2. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN SUSTENTO TEÓRICO Con el término de estado de agregación nos referimos a los estados físicos, en que la materia puede presentarse, y con él tratamos de resaltar las diferencias fundamentales que los caracterizan, asi como aludir a la forma y disposición en que se encuentran agrupadas las partículas constituyentes de la materia en cada uno de dichos estados. Cualquier tipo de materia, según las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentre sometida, puede presentarse bajo la apariencia de tres estados reales de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Centrándonos en los estados de agregación, la materia y concretamente una sustancia pura (simple o compuesta), puede presentarse en cualquiera de ellos, siendo posible el cambio de estado, mediante el aporte o eliminación de energía calorífica, o modificando las condiciones de presión o temperatura a que se encuentre sometida. Las transformaciones entre los diferentes estados de agregación reciben nombres característicos. El paso del estado sólido a líquido se denomina fusión y el de este estado al gaseoso, vaporización. Por el contrario el proceso de cambio de estado gaseoso a líquido, se conoce como licuefacción o más comúnmente como condensación, y el paso del estado líquido al sólido se designa como solidificación. Al proceso de cambio del estado sólido directamente al gaseoso y a la inversa, se alude indistintamente como sublimación. El anterior planteamiento no es general, ya que existen algunas sustancias sólidas y líquidas cuya transformación al estado gaseoso sin descomposición, es difícil de lograr. 1
  • 3. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN En general, la materia desde el punto de vista estructural, se caracteriza porque sus partículas gozan de un mayor o menor grado de liberación de movimientos. Esta circunstancia conocida como agitación térmica, es consecuencia y manifestación de su contenido energético; es máxima en los gases y mínima en el estado sólido. Dentro de cada estado de agregación, esta “agitación” se ve frenada en mayor o menor grado, por la presencia ineludible de interacciones interpartículas (hecho característico de la realidad de un estado de agregación) cuya intensidad es función de la naturaleza de la sustancia considerada. OBJETIVOS Observar y comprender mediante la elaboración de nuestra práctica los diferentes estados de agregación de la materia y los procesos y variantes que generan que una sustancia pase de un estado a otro. DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA Realizaremos diferentes experimentos sencillos mediante los cuales se observarán cambios de estado de la materia, se discutirán las características de cada estado en equipo y a continuación se identificarán los estados de cada sustancia. 2
  • 4. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA 1. Antes de realizar la práctica llevar a cabo una discusión grupal con el profesor acerca de los diferentes estados de agregación de la materia. 2. Tomar dos vasos; colocar en uno de ellos el clavo, y en otro, verter un poco de agua. 3. Describa lo que observa en cada recipiente. ¿En qué estado se encuentra la materia en ambos vasos? ¿Qué parámetros ha utilizado para asignar este estado de la materia? Probablemente, uno de los criterios sea que los líquidos adoptan la forma del recipiente. ¿Será suficiente esta descripción?. 4. Tome el tercer vaso y vierta en él un poco de sal (o azúcar). Registre sus resultados. 5. Contestar la siguiente pregunta ¿Será la sal (el azúcar) un líquido? Justifique respuesta. 6. Para ayudar a encontrar la respuesta, puede valerse de una lupa. Observe los cristales y explique por qué se puede “verter” la sal. 7. Tome el tubo de pasta dentífrica. Quítele la tapa y colóquelo verticalmente, con la boca hacia abajo. Observe. ¿Fluirá? Presione levemente el tubo. Describa sus observaciones y registre los resultados. 8. Conteste la siguiente pregunta: ¿Es la pasta dentífrica un líquido? Justifique su opinión. 9. Tome una jeringa, llénela aproximadamente hasta la mitad con agua. 10. Llene la otra jeringa hasta la mitad con aire. 3
  • 5. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN 11. Observe ambas y compare. Describa y registre sus observaciones y compare las diferencias y similitudes que presentan los líquidos y los gases. 12. Tape el orificio que corresponde a la aguja con el dedo y empuje suavemente con el émbolo. Describa y registre sus observaciones. 13. Tome una esponja y comprímala con los dedos. 14. Conteste la siguiente pregunta: ¿Será la esponja un gas? Justifique su opinión. 15. Vacíe ambas jeringas (los líquidos y los gases fluyen con facilidad). Compare con el tubo de pasta dentífrica. 16. Discuta las diferencias y similitudes entre aire y agua y entre agua y dentífrico. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En las pruebas realizadas se observa claramente los diferentes estados de las sustancias observadas, sus diferencias y similitudes. Entre el recipiente que contiene el clavo y el agua se notan claras diferencias, el agua al estar en estado líquido adquiere la forma dl recipiente y permite ver lo que hay del otro lado del mismo al ser incolora; el clavo conserva 4
  • 6. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN su forma original, color y textura, esto nos dice que su estado es sólido, su forma no cambia al estar sus moléculas están unidas en forma ordenada y con poca movilidad. Otra característica que nos hizo determinar los estados de ambas sustacias es que al inclinar poco a poco los vasos notamos que el agua puede seccionarse fácilmente y el clavo se queda entero en el recipiente y cae completo al voltearlo, es decir, no se fragmenta en varias sustancias. Al verter el azúcar en el agua notamos que se dispersa hasta ser casi inidentificable en el agua, pero al dejar reposar la mezcla y usar la lupa notamos aún presentes los cristales de azúcar en el fondo del recipiente. Definimos que el azúcar no se convierte en un líquido simplemente sus moléculas se dispersan en él. De igual forma se sabe que por un proceso físico podríamos recuperar la misma cantidad de azúcar cosa que no ocurriría si esta se convirtiera en líquido al entrar al agua pues de la misma manera se evaporaría. La pasta por sí sola no fluyó, tuvimos que ejercerle presión al tuvo para que saliera y aun así salió lentamente y al fragmentarse cayó rápido haciéndonos ver que tiene un gran peso. Concluimos que la pasta es un 5
  • 7. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN líquido ya que presenta gran cantidad de características similares a las del agua solo que con una densidad mayor. Observando ambas jeringas notamos más diferencias que similitudes. Diferencias Similitudes Los gases son más livianos que los Ambos pueden presentar olor o no líquidos Viendo a través de ellas el agua Ambos pueden presentar color o no deforma un poco la imagen del otro lado Al agitarlas en la jeringa que contiene el agua se nota que ésta responde al movimiento 6
  • 8. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN La dispersión de sus moléculas es muy diferente y el tamaño de las mismas también. Al tapar el orificio que corresponde a la aguja con el dedo y ejercer presión ni una de las dos sustancias sede. La esponja no es un gas, es un sólido que presenta flexibilidad al tener una estructura espaciada que le da esta característica. El aire y el agua fluyen con facilidad a diferencia de la pasta, todos adquirieron la forma del recipiente y al salir la pasta conservó la forma del orificio de salida a diferencia del agua y el aire. La pasta presenta color olor y sabor a diferencia del agua y el aire. 7
  • 9. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN CONCLUSION Realizamos exitosamente nuestra práctica ya que logramos identificar y comprender los diferentes estados de las diferentes sustancias observadas; las diferencias y similitudes descritas pudieron habernos confundido y haber variado nuestros resultados, pero analizando bien y justificando nuestras respuestas, concluimos en el estado correcto de cada una de ellas. CUESTIONARIO 1. Describa los sólidos, líquidos y gases con base en la manera en que llenan un recipiente. Los líquidos y los sólidos adoptan la forma del recipiente que llenan, los sólidos conservan su forma original. A los líquidos y los sólidos basta con verterlos en el nuevo recipiente para que no se pierda sustancia, con los gases hay que tomar medidas específicas para trasladarlos de un recipiente a otro para que no se combinen con otro gas flotando en el aire y para que no se pierda reactivo. Use su descripción para identificar el estado físico (a temperatura ambiente) de cada una de las siguientes sustancias: i) Helio en un globo 8
  • 10. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN ii) Mercurio en un termómetro iii) Sopa en un tazón 2. Use la descripción que hizo en el problema anterior para identificar el estado físico (a temperatura ambiente) para lo siguiente: i) El aire de su cuarto El aire contenido es un gas, ya que posee las características propias de este, adopta la forma del lugar donde se contiene, ocupa completamente el volumen de este y no tiene forma definida ii) Las tabletas de vitaminas en una botella Son sólidos los reactivos que este contiene, que se encuentran encapsulados con aire, que es un gas. iii) Azúcar en un sobre El azúcar se encuentra en estado sólido. 3. ¿Cuál es el comportamiento que se observa en las partículas de un sólido cuando se aumenta la temperatura de éste? Con el calor, la energía de estas partículas que están en constante movimiento aumenta y entre ellas se producen mas choques y al chocar aumenta la energía haciendo que se dilaten las partículas 9
  • 11. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN 4. ¿A qué se debe que en los líquidos las partículas experimenten colisiones y fricciones frecuentes? 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. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas. 5. A qué se debe que los gases presenten expansibilidad y compresibilidad? n los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño. Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido. 10
  • 12. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN 11
  • 13. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN BIBLIOGRAFÍA Chang, R; (1992) Química. Mc Graw-Hill. México. Fernández, D. & Fernández Prini, R; (1997) Fluidos supercríticos. Ciencia Hoy 8 (43), p.36. Ceretti, Helena M.(2000) Experimentos en contexto: química: manual de laboratorio. Addison Wessley. Buenos Aires. Silberbeg, Martín S. (2002) Quimica: la naturaleza molecular del cambio y la materia. McGraw-Hill. México. Rodríguez G. J. & Rodríguez Barrantes D. (2005) Reflexiones didácticas sobre los estados de agregación de la materia. México. Fernández P. Diego & Fernández P. Roberto.(1997) Tecnología y Ciencia Hoy: Fluídos Supercríticos. FCEyN UBA. Hernándo G. M. Soledad (2011) Estados de agregación de la materia. Domínguez B. Beatríz (2011) Composición de las nubes. 12
  • 14. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN ANEXOS Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Asociación Ciencia Hoy ARTÍCULO: Fluidos Supercríticos Diego P. Fernández y Roberto Fernández Prini INQUIMAE (Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía), FCEyN, UBA, Unidad de Actividad Química, CNEA LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA Los estados o fases de la materia, que son familiares en la experiencia cotidiana -sólido, líquido y gas- son fácilmente diferenciables por sus propiedades. Se han elaborado modelos simples que describen y predicen las principales características de los estados sólido y gaseoso (designados, respectivamente como modelos de sólidos armónicos y de gases ideales). En cambio, ha sido más difícil construir modelos que describan las propiedades del estado líquido. Esto se debe a que los Iíquidos comparten algunas características de los sólidos, tales como alta densidad, baje compresibilidad y elasticidad ante el Impacto, con otras que son propias de los gases tales como fluidez y la capacidad de sus moléculas de desplazares libremente en su seno permitiendo que un líquido adquiera la forma del recipiente que lo contiene. Este comportamiento dual tiene la paradójica consecuencia de que el modelo universalmente utilizado para representar las 13
  • 15. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN características estructurales de los líquidos densos (llamado modelo de esferas duras), sea incapaz de describir el cambio de feas de líquido a vapor. La característica más distintiva que lo define y diferencia de los otros dos estados de agregación de le materia, es que el líquido sólo existe cuando su temperatura es inferior a un vapor característico pare cada líquido en particular, llamada temperatura crítica (Tc). La Figura I muestra cómo varia la presión de un líquido en equilibrio con su vapor (esto es, con le fase gaseosa del mismo líquido) en función de su densidad para diferentes valores constantes de temperatura (por ello las curvas se llaman isotermas). Fig. I. Isotermas para un fluido que indican cómo varía su presión con la densidad. En la región abarcada por la curva en forma de campana coexisten el líquido y su vapor. Puede verse que a temperaturas inferiores a la temperatura crítica las isotermas tienen una zona horizontal en la que coexisten los estado líquido y gaseoso; a la izquierda de la horizontal el líquido cambia a le fase gaseosa (moléculas muy separadas entre si como se simboliza con los círculos sombreados del inserto de la izquierda) mientras que a la derecha de esta zona desaparece la 14
  • 16. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN fase gaseosa y predomina la líquida (moléculas muy cercanas entre si, como se simboliza con los círculos sombreados del inserto de la derecha). La figura también muestra que los dos puntos donde se produce el cambio de fase de cada isoterma pueden unirse por una curva cóncava hacia abajo en forma de campana, esta curva delimita la zona donde las isotermas son horizontales y por lo tanto todos los puntos que pertenezcan a la región que está debajo de ella corresponden a condiciones en que es posible la existencia simultánea del liquido y de su vapor. Nótese que le curva en campana tiene su valor máximo en un punto que toca a la isoterma correspondiente a la Tc y que para la temperatura correspondiente a esa isoterma o para temperaturas superiores no hay estado líquido. El punto en el plano en que la isoterma crítica toca tangencialmente la curva en campana corresponde al punto crítico. En este punto singular el líquido, además de tener la temperatura crítica, estará en su presión y en su densidad críticas, las que también son características de cada substancia particular. En consecuencia, así como puede definirse una isoterma crítica en el gráfico de presión en función de le densidad de la Figura I también podrá definirse una isobara crítica (curva que une puntos con la misma presión) en un gráfico de presión en función de la temperatura y una isocora crítica (curva que une puntos de idéntica densidad) en un gráfico de densidad en función de la temperatura. 15
  • 17. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN Fig. II Las fases estables de un fluido se ubican en 1 valores de densidad correspondientes a los mínimos de las curvas, para las temperaturas T1 y T2 (T1 < T2 <Tc). A medida que aumenta la temperatura, los mínimos se desplazan por las curvas punteadas. A Tc sólo hay una fase fluida estable. La Figura II muestra cómo varia la estabilidad termodinámica de un sistema similar al de la Figura l en función de su densidad y para distintas temperaturas. Puede verse que cuando la temperatura es inferior a Tc (T1<T2<Tc) las curvas exhiben dos mínimos de máxima estabilidad que corresponden a los estados gaseoso (a la izquierda) y líquido (a la derecha). A medida que las isotermas se aproximan a la de la temperatura crítica, la altura de la barrera que los separa disminuye, los mínimos se hacen menos definidos y finalmente al alcanzar la Tc se superponen y dan lugar a un único mínimo ubicado en una región intermedie entre los mencionados anteriormente.Una visión intuitiva del significado físico de la temperatura crítica se puede obtener imaginando qué sucede cuando se comprime lentamente un gas y 16
  • 18. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN teniendo en cuente que los estados termodinámicamente estables resultan de un compromiso entre la disminución de su energía potencial y el aumento de su desorden (entropía). A medida que la compresión avanza, las moléculas del gas se aproximan entre sí aumentando el espacio que ellas ocupan dentro del volumen total del gas, esto es, la fracción de empaquetamiento se hace mayor.Como consecuencia de esto el desorden del sistema (su entropía) disminuye. A cualquier temperatura que sea menor que la crítica (Tc) es posible alcanzar condiciones en las que el fluido puede encontrarse con igual probabilidad en dos estados que son termodinámicamente distintos y que tienen densidades muy diferentes: el líquido y el vapor. El estado líquido está caracterizado por su alta fracción de empaquetamiento, y su muy baja energía debido a la fuerte interacción entre sus moléculas que están muy próximas entre sí. Por el contrario, el vapor, se caracteriza por baja fracción de empaquetamiento y por su alta entropía. Por lo tanto el estado líquido (densidades altas) se estabiliza predominantemente por la contribución que realiza a este proceso el descenso de la energía potencial que se produce al acercarse entre sí las moléculas. En cambio, el estado vapor (densidades bajas) se estabiliza principalmente por el considerable aumento de la entropía del sistema debido a que cada molécula dispone de un gran volumen como consecuencia del bajo grado de empaquetamiento propio de la baja densidad. La Figura II muestra que en los estados líquido y vapor las densidades respectivas son las de los mínimos y ambas fases son igualmente estables. La figura haca evidente que es muy difícil lograr que una fase tenga densidad distinta 17
  • 19. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN de la del equilibrio ya que los mínimos están ubicados en zonas separadas por curvas muy empinadas (con una curvatura muy grande), de modo que salir de ellas requiere el aporte de mucha energía. La figura también muestra que esta situación cambia a medida que aumenta la temperatura, ya que "los pozos" se acercan y disminuye la altura de la barrera que los separa y su grado de empinamiento. Cuando la temperatura es Tc los dos mínimos funden en uno solo. Este presenta escasa curvatura, como consecuencia de lo cual el sistema tiene poca estabilidad y puede muy fácilmente adoptar una densidad distinta de la del mínimo. Por eso se dice que en estas condiciones el fluido es muy susceptible. La línea punteada de la Figura II muestra que a medida que aumenta la temperatura, las densidades de las dos fases fluidas se aproximan progresivamente. Por eso, a partir de la temperatura critica ya no será posible una compensación entre los efectos opuestos de la disminución de la energía intermolecular y el del aumento de entropía. En este estado se llega al punto crítico en que las fases vapor y líquido se hacen idénticos y no pueden diferenciarse más. En la vecindad del punto crítico todos los sistemas materiales presentan un comportamiento singular. A veces se habla de líquidos expandidos o de gases comprimidos para referirse a los fluidos en condiciones supercríticas; en realidad, por encima de la temperatura crítica se puede variar la densidad en forma continua, desde la típica de gases hasta la que es típica de los líquidos. 18
  • 20. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA 28-feb-2011 María Soledad Hernando García Los estados de agregación de la materia son los siguientes: sólido, líquido, gaseoso, plasma y condensado Bose-Einstein. Los estados sólido, líquido y gaseoso son familiares, pero hay otros dos estados de agregación de la materia: el estado plasma y el condensado Bose- Einstein. Estado sólido Las partículas que forman un sólido están muy juntas, ordenadas en posiciones fijas, tienen poca movilidad, pudiendo solo vibrar debido a la gran intensidad de las interacciones entre las partículas que lo forman. Los sólidos son rígidos (no fluyen), tienen forma y volumen invariables, cuando se calientan se dilatan, no pueden ser comprimidos, no se expanden y su densidad es alta. Estado líquido Las partículas que forman un líquido están casi juntas, tienen más movilidad que en los sólidos, pudiendo vibrar y también deslizarse unas sobre otras. Las interacciones entre las partículas que lo forman son menores que en los sólidos. 19
  • 21. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN Los líquidos son fluidos, se adaptan a la forma del recipiente que los contiene, su volumen es invariable, su expansión y compresión son bajas, cuando se calientan se dilatan algo más que los líquidos y su densidad es media. Estado gaseoso Las partículas que forman un gas ocupan todo el volumen del que disponen, tienen más movilidad que en los líquidos moviéndose continuamente por el recipiente en el que está contenido el gas. Las fuerzas de atracción entre las partículas son muy pequeñas. Los gases son fluidos, se adaptan a la forma del recipiente que los contiene, el volumen coincide con el del recipiente, su expansión es ilimitada, se pueden comprimir, se difunden y su densidad es baja. Estado de plasma Los átomos están formados por un núcleo y una cubierta electrónica, si despojamos a los átomos de esa cubierta obtenemos un agregado de cationes y electrones. Un plasma se define como un gas ionizado formado por electrones, cationes y neutrones. Por muy raro que parezca este estado de agregación, está presente en el universo, por ejemplo el sol se encuentra en estado de plasma. 20
  • 22. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN La propiedad más importante del estado de plasma es su conductividad eléctrica, a diferencia de los gases ordinarios que son aislantes, por ello se usan en las lámparas fluorescentes y en televisores de plasma. Estado condensado Bose-Einstein Su nombre se debe a los científicos que predijeron su existencia S. Bose y A.Einstein. Para comprender este estado de la materia tenemos que remitirnos a la física cuántica. Se da en materiales a baja temperatura cerca del cero absoluto, donde muchos de los átomos se encuentran en un estado de mínima energía, ocupando el mismo lugar. Las propiedades más importantes del condensado de Bose-Eintein son la superfluidez ausencia de viscosidad y la superconductividad ausencia de resistencia eléctrica. Estados de la materia y temperatura Al calentar un cubito de hielo (estado sólido) se obtiene agua líquida; al seguir calentando, vapor de agua. Si englobamos los estados de plasma y el condensado de Bose-Einstein la materia al calentarla va pasando por los siguientes estados de agregación: Condensado Bose-Einstein, estado sólido, estado líquido, estado gaseoso y finalmente estado de plasma. 21
  • 23. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN COMPOSICIÓN DE LAS NUBES 24-mar-2011 Beatriz Domínguez Villar Las nubes no están formadas por vapor de agua, sino por pequeñas gotas que, debido a su pequeño peso, flotan en el aire. Un error muy común es creer que las nubes están formadas por vapor de agua. Sin embargo, si esto fuera así, no podríamos verlas, ya que el vapor de agua es transparente. Las nubes están formadas por pequeñas gotas de agua o incluso pequeños cristales de hielo. Diferencias entre gas, líquido y sólido Las diferencias entre gas, líquido y sólido vienen definidas por las características de sus enlaces intermoleculares, que se reflejan en ciertas propiedades físicas. Es decir, la unión entre las moléculas que componen el producto es más fuerte en el sólido que en el líquido o el gas, y más fuerte en el líquido que en el gas. Esto se traduce en que los gases generalmente “flotan”, los líquidos “fluyen” y los sólidos permanecen estáticos. Sin embargo, a simple vista, hay ciertas excepciones que pueden inducir a error. Así, las vidrieras de las catedrales también son “liquidas”, no sólidas, como se puede comprobar en las que son muy antiguas, donde los dibujos aparecen alargados y deformados debido a que han “fluido” a lo largo de los años. 22
  • 24. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN En el caso de un gas, las moléculas están completamente libres. Ruedan y chocan unas con otras, pero sin llegar a enlazarse. Cuando se encuentran en un recipiente amplio, las moléculas se expanden y ocupan todo el espacio disponible; si el recipiente es menor, se adaptan al espacio del que disponen. Se comportan como jóvenes en una discoteca, bailando cada uno a su aire, chocando unos con otros y ocupando el máximo espacio disponible. Los líquidos, sin embargo, sí tienen uniones entre las moléculas. No son uniones muy fuertes, y se rompen y forman constantemente, lo cual le permite al líquido “fluir”. De vez en cuando, alguna molécula se “escapa” del líquido y pasa a formar parte de una capa gaseosa que se encuentra en equilibrio con él y viceversa (equilibrio líquido-gas). Sería algo parecido a un grupo de personas que bailan en una sala formando grupos, cruzándose unos con otros y cambiando de pareja constantemente. Finalmente, los sólidos tienen una forma definida, los enlaces entre sus moléculas son muy fuertes y se mueven como un todo. Tienen una forma y un volumen constante (a menos que se rompa, claro). Sería como una pareja bailando un vals. Composición de las nubes Según esta definición, se comprende que el vapor de agua sea invisible, ya que el ojo humano es incapaz de distinguir moléculas libres. Sin embargo, las nubes son visibles. ¿Por qué? 23
  • 25. Universidad Veracruzana _________________________________________________________________________________ ________________________ UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE BIOLOGÍA EXPERIENCIA EDUCATIVA: QUÍMICA INORGÁNICA PRÁCTICA No. 3 ESTADOS DE AGREGACIÓN Las nubes no están formadas por vapor de agua, sino por microgotas que pesan tan poco que “flotan” en la atmósfera gracias a las corrientes de aire ascendente que forman la propia nube. Cuando estas corrientes son muy fuertes (como ocurre en las nubes de tormenta), las gotas pueden alcanzar un gran tamaño, y si el aire además es frío, estas gotas se pueden congelar y dar lugar a granizo. En el caso de nubes a gran altura, estas gotas pueden llegar a congelarse: son nubes de hielo. ¿Se puede provocar la lluvia? Para que se formen las nubes no basta con una alta humedad, hace falta que en el ambiente haya también partículas sólidas que actúen como “núcleos de condensación”. Lo cual quiere decir que las microgotas no son agua pura y a medida que caen pueden disolver otras partículas que se encuentren en la atmósfera. Es por esto por lo que se produce la “lluvia ácida” o por lo que puede llegar a “llover barro” si en la atmósfera había tierra en suspensión. De este modo, cuando en una zona se producen fuertes corrientes ascendentes unido a un aumento en la humedad relativa del aire, es que se está preparando una tormenta. Pero si no hay partículas sólidas suficientes, las gotas no alcanzarán un peso suficiente como para “caer” hasta que la nube esté muy desarrollada, y entonces lo harán de forma torrencial, pudiendo provocar inundaciones. Es por eso por lo que en algunos lugares se “bombardean” las nubes con partículas sólidas (generalmente yoduro de plata), lo cual aumenta el número de gotas y su peso, provocando la lluvia antes de que esta se vuelva catastrófica. 24