UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Especialidad de Ingeniería de Telecomunicaciones Departamento Académico de Ciencias Básicas (Química eneral! "a#oratorio $%&' Estados de agregación de la materia' )"ID* + ",Q-ID* .ro/esora 0A1IA IABE" 1*D1I-E2 0*1A"E ección' p Alumnos' 3C41ITIA$ 5*E" "*.E2 CA6E2 ("7! 3DA$IE" 0E$D*2A C4-0I*Q-E ("7! 38E6I$ .E1E2 Q-I1*2 ("7! 31*$A" .*0A *"I ("7! Fec9a de presentación' 5ue:es ;7 de mayo de ;<7=
-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A
EXPERIMENTO FUSIÓN DEL SÓLIDO AMORFO. Izquierda: Trozo de brea fundido.
EXPERIMENTO FUSIÓN DEL SÓLIDO 'RISTALINO. Si"&e(a &er()(e&ro*a#i$ar on
A. EL Sólido Amorfo:
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-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A .resentan un acomodo estructurado en el espacio> pero su acomodo es más desarreglado? us puntos de /usión son #a@os y tam#ién no son eactos> pero se les puede u#icar en un rango de temperatura? En general no son tan duros estos solidos? "os sólidos amor/os son más esta#les> gracias a la ley de entropía ue dice ue el desorden es más esta#le ue el orden? -n e@emplo de ellos es Car#ón (rato! es un sólido amor/o tiene un .unto de Fusión muy #a@o y es #landito (:elo en la punta de un lápi!?
Bueno el sólido cristalino es> como se dice> cristales> redes cristalinas teniendo una estructura periódica y ordenada? En general son compuestos iónicos o co:alentes puros cuyos puntos de /usión son muc9o más altos ue los sólidos amor/os y más duros? -n e@emplo de ellos es el Car#ón (Diamante! es un sólido cristalino> presentan .unto de Fusión muy alto y eacto> y es etremadamente duro?
4allaremos la temperatura de /usión un troo de #rea y un troo de plástico> pero como son solidos amor/os sus temperaturas de /usión no son eactas> así ue las 9allaremos por un rango aproimado? .ara el troo de #rea> se 9alló ue a la temperatura de =;GC algunos pedaos de la #rea ya están /undidos> y aproimadamente a la temperatura de 7& pues de auí se deduce el rango aproimado de la temperatura la #rea y nos damos cuenta tam#ién por ue presenta un desordenamiento irregular? .ara el troo de plástico> se encontró ue a la temperatura de H&GC empiea por los #ordes a /undirse> y aproimadamente 9asta la temperatura de 7
4allaremos la temperatura de /usión una muestra de na/taleno? En este proceso> se pudo determinar eperimentalmente ue la temperatura de /usión del na/taleno es JGC?
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Dia+ra(a a#ro,i(ado de $a di"&ribui)n de $o" (a&eria$e" a u"ar en e$ e,#eri(en&o
El na/taleno posee una temperatura de cam#io> esto se de#e a ue el na/taleno posee un ordenamiento ue 9ace ue sus propiedades sean uni/ormes> por lo ue se le conoce como solido cristalino?
"os datos ue o#tu:imos no concuerdan eactamente con los datos teóricos esto es de#ido a los /actores eternos ue inter:inieron> como son la temperatura del am#iente> la 9umedad> etc?
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Izquierda: Su$fa&o de obre an!idro a$ iniiar e$ e,#eri(en&o. Dere!a: Su$fa&o de &eacciones in,ol-cradas:
En este eperimento> se o#ser:a la reacción de 9idratación del sul/ato de co#re an9idro a sul/ato de co#re penta9idratado al interactuar con la 9umedad del am#iente? CuS O4 + 5 H 2 O →CuSO 4 . 5 H 2 O
(1eacción de 9idratación del sul/ato de co#re! Anlisis de lo s-cedido en el experimento:
Al de@ar epuesto al am#iente el sul/ato de co#re por espacio de una 9ora> se empeó a notar un paulatino pero constante cam#io en la coloración del mismo> e:idencia de una reacción uímica (cam#io de propiedades organolépticas!> de un celeste pálido a un aul marino de tonalidad /uerte? KQué sucedióL 1ecordamos una propiedad de algunos sólidos cristalinos' 9igroscopia> la cual se dene como la capacidad de algunas sustancias de 9idratarse> es decir> aMadir en su composición uímica moléculas de agua> ue en muc9os casos> pro:ienen de la 9umedad am#iental? .ara el caso particular del sul/ato de co#re> si solamente está epuesto a la 9umedad am#iental> este 9idrata en sul/ato de co#re penta9idratado> lo cual se o#ser:a al nal de la eposición> es decir> al nal del eperimento? i se desea regresarlo a sul/ato de co#re an9idro> tan solo #asta someterlo a un proceso de
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-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A calentamiento> las moléculas de agua se e:aporarán y se tendrá de :uelta la sustancia an9idra?
Izquierda: -idr),ido de "odio a$ iniiar e$ e,#eri(en&o. Dere!a: -idr),ido de "odio &eacciones in,ol-cradas:
El 9idróido de sodio a#sor#e agua o 9umedad del am#iente> y> si la a#sor#e en suciente cantidad> es capa de pasar a ser una solución saturada de 9idróido de sodio> por lo ue su estado aparente a simple :ista sería el de un líuido? Anlisis de lo s-cedido en el experimento:
Al de@ar epuesto el 9idróido de sodio al am#iente por espacio de una 9ora> a los pocos minutos de iniciado el eperimento se o#ser:a como si este se estu:iera NderritiendoO> para luego secarse y /ormar una especie de pasta sólida ue se encuentra distri#uida alrededor de lo ue ueda de la pepita de 9idróido sólido? KQué sucedióL .odemos eplicar este /enómeno por una propiedad de los sólidos cristalinos' delicuescencia> la ue se dene como la capacidad de algunas sustancias (especialmente cloruros e 9idróidos! de a#sor#er moléculas de :apor de agua del aire 9Pmedo para /ormar 9idratos o soluciones saturadas de los mismos? Este /enómeno ocurre si la presión parcial de :apor de agua en el aire es mayor a la presión del :apor del sistema 9idrato a la temperatura dada> y en esto radica su mayor di/erencia de la anterior propiedad> 9igroscopia? Esto tam#ién eplica por ué> a di/erencia de la anterior eperiencia> no toda la sustancia reacciona con la 9umedad del I$F*10E DE "AB*1AT*1I* $%&
-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A am#iente> de#ido pro#a#lemente a no alcanar la suciente presión de :apor de agua del am#iente para superar la del sistema 9idrato?
Izquierda: Pe#i&a de odo en e$ &ubo de en"ao. Dere!a: /a#or #rodu&o de$ $0ser,ación:
Tener especial cuidado al momento de iniciar y concluir el eperimento con el> e:itar tener contacto con el yodo sólido puesto ue es muy corrosi:o y puede generar lesiones en la piel> y tam#ién e:itar in9alar los :apores de yodo> puesto ue son muy irritantes tanto para los o@os como para la mucosa nasal? &eacciones in,ol-cradas:
Este eperimento trata de un simple cam#io /ísico' la su#limación> ue consiste en el paso directo de una sustancia de una /ase sólida a la /ase gaseosa> sin pasar por la /ase líuida? Este paso normalmente reci#e tam#ién el nom#re de su#limación directa> mientras ue el sentido contrario (de /ase gaseosa a /ase
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-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A sólida! reci#e el nom#re se su#limación in:ersa? Así> en un sistema en euili#rio uímico' I 2 ( s) ↔ I 2( g )
(u#limación directa del yodo! Anlisis de lo s-cedido en el experimento:
"uego de calentar el agua en el :aso> e introducir el tu#o tapado con la pepita de yodo> se o#ser:a ue en el interior del tu#o de ensayo el yodo en estado sólido (de color gris :ioláceo!> desprende un :apor de color :ioleta tenue> 9asta ue el tu#o de ensayo es retirado y la temperatura :uel:e a su medida anterior? KQué sucedióL i recurrimos a in/ormación adicional> nos daremos cuenta rápidamente ue el /enómeno o#ser:ado corresponde al desprendimiento de :apor de yodo> el cual tiene este color característico? Esto nos uiere decir ue auí ocurrió un cam#io uímico' su#limación de tipo directa (de /ase sólida a /ase gaseosa! lo cual es /ácilmente :erica#le si
re:isamos las propiedades /ísicas del yodo (presión y temperatura! en su diagrama de /ases I$F*10E DE "AB*1AT*1I* $%&
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A presiones menores a 7 atm? y a temperatura am#iente> :emos ue es posi#le con un simple calentamiento pasar al yodo de estado sólido a gas sin necesidad de pasar por el líuido> lo cual sucede en este eperimento?
Dia+ra(a de fa"e" #ara e$ odo en in+$0" 1no e"&% a e"a$a2. Izquierda: 'ri"&a$e" de "u$fa&o de obre an&e" de$ a$en&a(ien&o. Dere!a: 'ri"&a$e" de "u$fa&o de obre de"#u0" de$ a$en&a(ien&o. &eacciones in,ol-cradas:
.ara o#tener los cristales de sul/ato de co#re penta9idratados (peueMos cristales de tonalidad aul marina!> en este caso se sigue un proceso di/erente al de eponerlos al am#iente y esperar su /ormación? e sumergen los cristales an9idros en agua para luego calentarlos y /ormar una solución so#resaturada de sul/ato de co#re? Al ser una solución so#resaturada> esta contiene mas sul/ato de co#re del ue puede disol:er> siendo la Pnica manera de mantener disuelto todo el soluto tener la solución a alta temperatura> por lo ue al en/riarse> la cantidad ue está por encima del límite de solu#ilidad permitida a temperatura am#iente solidicará y sedimentará> son estos cristales (en este caso tam#ién penta9idratados! los ue se o#tienen? e o#ser:a ue> a di/erencia de los anteriores cristales o#tenidos por 9igroscopia> estos tienen más tamaMo> unas especies de NlíneasO o NtraosO so#re su supercie y una
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-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A tonalidad más pálida ue los anteriores> ue se relacionan con el método de o#tención empleado?
Experimento 1: Confección de los modelos de celdas -nitarias de empa2-etamientos ms com-nes
Esta parte del in/orme de la#oratorio> es un apéndice gráco de algunas de las principales estructuras cristalinas cuyas mauetas se o#ser:aron en el la#oratorio? Empa2-etamiento c30ico simple:
.or celda unitaria 9ay 7J3J R 7 átomo?
Mode$o de e(#aque&a(ien&o 3bio "i(#$e a ba"e de 4idrio #e$o&a" de
Empa2-etamiento c30ico de
.or celda unitaria 9ay 7 S 7J3J R; átomos? c-erpo centrado:
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Mode$o de e(#aque&a(ien&o 3bio de uer#o en&rado a ba"e de Empa2-etamiento c30ico de
.or celda unitaria 9ay 3U S 7J3J R átomos? cara centrada:
Mode$o de e(#aque&a(ien&o 3bio de ara en&rada a ba"e de
Empa2-etamiento 4exa+onal compacto:
.or celda unitaria 9ay 7 S 3; S
7;37J R &?= átomos?
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Mode$o de e(#aque&a(ien&o !e,a+ona$ o(#a&o a ba"e de 4idrio
Experimento 5: Determinación de la temperat-ra de e0-llición del
alco4ol et6lico
Izquierda: 5r%6o de$ e,#eri(e n&o ar(ado. Dere!a: Si"&e(a u"ado en e$ e,#eri(e n&o
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-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A
Al introducir el tu#o capilar en el tu#o de prue#a> el alco9ol etílico comenó a ascender 9asta el etremo cerrado del tu#o capilar> esto de#ido a la di/erencia de presiones en la parte de alco9ol li#re y la parte de alco9ol de#a@o del capilar? 0ientras el sistema se i#a calentando se o#ser:o peueMas #ur#u@as> tanto como en el agua como en el alco9ol? Cuando en el termómetro la temperatura media aproimadamente V se apagó la estu/a y se o#ser:o ue las #ur#u@as en el agua na@aron considera#lemente> pero en el tu#o capilar> desde el etremo a#ierto> las #ur#u@as de alco9ol salían 9asta la supercie muy rápidamente? Al momento de salir la Pltima #ur#u@a del capilar> el termómetro midió aproimadamente J< G C> ue corresponde a nuestro :alor eperimental del punto de /usión del alco9ol etílico? Finalmente se o#ser:o ue el alco9ol etílico nue:amente ascendió 9asta el etremo cerrado del capilar?
Consultando in/ormación> se sa#e ue la temperatura de e#ullición teórica del alco9ol etílico :ale HJ>GC> por lo tanto nuestro porcenta@e de error es' WE11*1 R X(6alor Teórico Y 6alor Eperimental! (6alor teórico!Z37<<
W E11*1 R X(HJ>GC Y JGC!Z 3 7<< W E11*1 R ;>< podemos decir ue nuestro :alor eperimental se des:ía un ;?<
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"a incertidum#re del termómetro> el error ine:ita#le en todos los aparatos de medida? El :alor teórico se calcula en #ase a una presión y constante> pero nuestro calculo es en realidad lo con la presión :aria#le del am#iente? e 9u#iese en:iado un :alor más eacto si al apagar la estu/a> 9u#iéramos retirado al euipo de la misma? $o se 9io esta operación de#ido a ue el termómetrotu#o colga#an de un soporte> mientras ue el :aso no? I$F*10E DE "AB*1AT*1I* $%&
-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A El alco9ol etílico de#ió tener algPn porcenta@e de impurea?
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7! DEFI$I1 "* TE10I$*' 4igroscopia' Es la capacidad de algunas sustancias de a#sor#er o ceder 9umedad al medioam#iente> Algunos de los compuestos 9igroscópicos reaccionan uímicamente con el agua como los 9idruros o los metales alcalinos? *tros la atrapan como agua de 9idratación en su estructura cristalina como es el caso del sul/ato de sodio? •
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Delicuescencia' Es la propiedad ue presentan algunas sales y óidos> principalmente de a#sor#er moléculas de :apor de agua del aire 9Pmedo para /ormar 9idratos? Este /enómeno ocurre si la presión parcial de :apor de agua en el aire es mayor a la presión del :apor del sistema 9idrato a la temperatura dada? u#limación' Es el proceso ue consiste en el cam#io de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líuido? -n e@emplo clásico de sustancia capa de su#limarse a presión y temperatura am#iente es el 9ielo seco? olido Amor/o' ólido cuyo acomodo interno de átomos> moléculas o iones carecen de una estructura ordenada? Estos sólidos carecen de /ormas y caras #ien denidas? olido Cristalino' ólido cuyo acomodo interno de átomos> moléculas o iones muestra una repetición regular en todas las direcciones dentro del sólido? Anisotropía' es la propiedad general de la materia segPn la cual determinadas propiedades /ísicas> tales como' I$F*10E DE "AB*1AT*1I* $%&
-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A elasticidad> temperatura> conducti:idad> :elocidad de propagación de la lu> etc? :arían segPn la dirección en ue son eaminadas? •
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Isotropía' Es la característica de los cuerpos cuyas propiedades /ísicas no dependen de la dirección? Es decir> se reere al 9ec9o de ue ciertas magnitudes :ectoriales conmensura#les> dan resultados idénticos con independencia de la dirección escogida para dic9a medida? Alotropía' Es la propiedad ue poseen determinados elementos uímicos de presentarse #a@o estructuras uímicas di/erentes> como el oígeno> ue puede presentarse como oígeno atmos/érico (*;! y como oono(*&!> o con características /ísicas distintas> como el car#ono> ue lo 9ace como grato> diamante> gra/eno y /ulereno? .ara ue a un elemento se le pueda denominar como alótropo> sus di/erentes estructuras moleculares de#en presentarse en el mismo estado /ísico? .olimorsmo' Es la capacidad de un material sólido de eistir en más de una /orma o estructura cristalina> todas ellas con la misma composición de elementos uímicos? .or e@emplo> el diamante y el grato son polimor/os del car#ono? "a [/errita> la austenita y la \/errita son polimor/os del 9ierro? Cuando esta propiedad se da en compuestos /ormados por un Pnico elemento se denomina tam#ién alotropía? .unto de Fusión' es la temperatura a la cual encontramos el euili#rio de /ases sólido líuido> es decir la materia pasa de estado sólido a estado líuido> se /unde? Ca#e destacar ue el cam#io de /ase ocurre a temperatura constante? El punto de /usión es una propiedad intensi:a? .unto de E#ullición' Es auella temperatura en la cual la materia cam#ia de estado líuido a estado gaseoso> es decir 9ier:e? Epresado de otra manera> en un líuido> el punto de e#ullición es la temperatura a la cual la presión de :apor del líuido es igual a la presión del medio ue rodea al líuido? 7 En esas condiciones se puede /ormar :apor en cualuier punto del líuido? .resión de 6apor' .ara una temperatura dada> es la presión ue e@erce la /ase gas de una sustancia pura> cuando está en euili#rio con su /ase solida o liuida?
;! 0EDIA$TE -$ C-AD1*> ETAB"E2CA "A CA1ACTE1ITICA DE "* *"ID* C*6A"E$TE> I*$IC*> 0*"EC-"A1> 0ETA"IC*> I$DICA1 ADE0A> $AT-1A"E2A DE E$"ACE + -$* E5E0."*' Tipo de Solido Iónico .artículas de la celda0oléculas u átomos unidad $aturalea de Enlace DipoloDipolo y
Covalente ]tomos
Molecular Iones
Enlace Co:alente
Electrostática
Metlico Iones metálicos con nu#es de electrones Enlace 0etálico
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-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A .uente 4idrogeno
Características
E@emplos
( atracción eléctrica entre cationes y electrones! Blandos> malos 0uy duros> malosDuros> /rágiles> malosDe #landos a muy conductores conductores conductores duros> #uenos eléctricos y eléctricos y eléctricos y conductores térmicos> #a@o térmicos> alto térmicos> alto del calor y la peso molecular peso molecular peso molecular electricidad> amplio rango de pesos moleculares .> J> 4;* C (diamante! $aCl> CaBr;> 8 ;* "i> 8> Ca> Cu> Cr^ $i i*; (cuaro! (sales Típicas!
&! B-CA1 E$ "A BIB"I*1AFIA "A TE0.E1AT-1A DE EB-""ICI*$ $*10A" DE" AC*4*" ETI"IC* + "A TE0.E1AT-1A DE F-I*$ DE" $AFTA"E$*? C*0.A1E C*$ - DAT* E_.E1I0E$TA"E? DETE10I$A1 E" .*1CE$TA5E DE E11*1 + Q-E FACT*1E .A1A Q-E E_ITA DIC4* E11*1' Alco!ol Et"lico# Consultando in/ormación> se sa#e ue la temperatura de e#ullición teórica del alco9ol etílico :ale HJ>GC> por lo tanto nuestro porcenta@e de error es' WE11*1 R X(6alor Teórico Y 6alor Eperimental! (6alor teórico!Z37<< W E11*1 R X(HJ>GC Y JGC!Z 3 7<< W E11*1 R ;><
Considerando el :alor a#soluto> podemos decir ue nuestro :alor eperimental se des:ía un ;?<
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"a incertidum#re del termómetro> el error ine:ita#le en todos los aparatos de medida? El :alor teórico se calcula en #ase a una presión y constante> pero nuestro calculo es en realidad lo con la presión :aria#le del am#iente? e 9u#iese en:iado un :alor más eacto si al apagar el mec9ero> 9u#iéramos retirado al euipo de la misma? $o se 9io esta operación I$F*10E DE "AB*1AT*1I* $%&
-$I6E1IDAD $ACI*$A" DE I$E$IE1,A
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de#ido a ue el termómetrotu#o colga#an de un soporte> mientras ue el :aso no? AlgPn porcenta@e de impurea de#ió tener el alco9ol etílico
$a/taleno' no tengo ese dato al ue le toco ue ponga esa in/ormación? T /usión na/taleno' J< %C
! (Esta pregunta es igual a la U?!
=! 0*TT1A1 0EDIA$TE -$ EQ-E0A "* *"ID* 6IT* E$ E" "AB*1AT*1I*'
1AFIC* 1ED C1ITA"I$A TI.* DE CE"DA ` DE AT*0* .*1 CE"DA FACT*1 DE E0.AQ-ETA0IE $T* AT*0IC* ` DE C**1DI$ACI*$ DE$IDAD TE*1ICA
B1EA
."ATI C*
$o prese nta $o prese nta $o deni do $o deni do $o deni do $o deni do
$o presen ta $o presen ta $o denid o $o denid o $o denid o $o denid o
$AFTA"E $*
-"FAT * DE C*B1E Triclínica
?7 gcm& 1
4ID1*_I D* DE *DI*
+*D* *rtorróm# ica
&>U<&gc ;>7 gcm >V gcm & & m&
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.unto Triple' El punto triple es auel en el cual coeisten en euili#rio el estado sólido> el estado líuido y el estado gaseoso de una sustancia? e dene con una temperatura y una presión de :apor? .unto Crítico' .unto en el diagrama de /ases de una sustancia determinada por algPn :alor de Temperatura y presión por encima de la cual no se puede condensar un gas de la sustancia dada? Cur:as de Euili#rio' Cur:as del diagrama de /ases en las cuales para di/erentes :alores de presión y temperatura la sustancia se puede encontrarse en dos estados di/erentes? Estados de agregación' para cualuier sustancia o elemento material> modicando sus condiciones de temperatura o presión> pueden o#tenerse distintos estados o /ases> denominados e$tado$ de a%re%ación de la &ateria> en relación con las /ueras de unión de las partículas (moléculas> átomos o iones! ue la constituyen?
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http://www.galeon.com/ Enciclopedia Microsoft Encarta 2002 ®
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9ttp'es?ibipedia?orgibiEtanol
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Guía de Laboratorio de uímica. !"#$%#EE& 'iclo 20(2$(.
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