puerto ordaz, noviembre 2013 elaborado por: lic. yolving malavé puerto ordaz

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZDEPARTAMENTO DE QUÍMICA

LÍQUIDOS(Clase 14)

Puerto Ordaz, Noviembre 2013

UNIDAD

4Elaborado por:

Lic. Yolving Malavé

Puerto Ordaz

INTRODUCCIÓN

COMPETENCIAS

PRE-REQUISITOS

MATERIALES

CONTENIDO

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

INDICE

UNIDAD

4

Puerto Ordaz

Lic. Yolving Malavé (2013) 2

INTRODUCCIÓN

QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 14 )


AireOcéanosGlaciares

Como ya sabemos la materia se puede encontrar en la naturaleza en tres estados físicos: gaseoso, líquido y sólido.

Además de ser indispensable para todo ser viviente en nuestro planeta, se utiliza en muchos procesos industriales.

El agua, es el líquido mas esencial e importante de nuestras vidas, lo podemos encontrar en los tres estados físicos de forma natural, por ejemplo:

INDICE

INTRODUCCIÓN



El agua es un líquido que fluye fácilmente, sin embargo, no todo los líquidos presentan esta misma capacidad de fluir. Esta característica dependerá de las propiedades químicas del líquido.

Nosotros utilizamos en nuestra vida cotidiana diferentes líquidos que poseen diferentes propiedades químicas y utilidades, como son aquellos líquidos que utilizamos para:

INTRODUCCIÓN



Como puedes notar muchas de las sustancias que encontramos en nuestro entorno se encuentran en fase líquida. En esta clase conocerás y analizaras las características y propiedades básicas de los líquidos.

Te invito a conocer las competencias que adquirirás al

terminar la clase.

Estos conocimientos te permitirá entender su relación como el medio que te rodea. Así mismo te ayudara a resolver los problemas prácticos relacionado con la preparación y mezcla de diferentes soluciones.

QUÍMICA

COMPETENCIAS

.


Interpreta y relaciona las características de los líquidos con hechos de la vida cotidiana.

Utiliza e Ilustra las propiedades de los líquidos para explicar diferentes procesos industriales y fenómenos naturales.

Determina e interpreta la viscosidad y tensión superficial de los líquidos para que entiendas su empleo en diferentes proceso naturales o industriales.


Pero antes de empezar, debes tener noción de los siguientes temas

QUÍMICA

PRE- REQUISITOS

QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 1 4)


Define y entiende los tipos de fuerzas intermoleculares.

Define el concepto de materia y conoce sus características.

Reconoce las propiedades físicas que definen la materia.

Explica los tipos de enlaces químicos.

QUÍMICA

MATERIALES


Lápiz y papel.

Guías entregadas por el profesor.

Apuntes personales.

Textos sobre el tema a tratar.


CONTENIDO

QUÍMICAQUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 14 )


1. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS.

2. PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS:

a)Viscosidadb)Tensión Superficialc)Acción Capilard)Presión de Vapore)Punto de ebullición

Si quieres repasar algún tema en particular haz CLIP en algunas de las opciones

Puerto Ordaz

TEMA 1 : DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS.



Un líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido, es decir, fluye fácilmente ya que sus moléculas pueden deslizarse una sobre otra.

Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las moléculas, unidas por FUERZAS INTERMOLECULARES.

Recuerda que las fuerzas intermoleculares es la fuerza de atracción entre las moléculas de una misma sustancia.

INDICE

QUÍMICA UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 14)


CARACTERÍSTICAS:Su forma es esférica si sobre él no actúa ninguna fuerza externa.

Esto se debe a que las FUERZAS INTERMOLECULARES son lo bastante fuertes como para mantener juntas sus moléculas y reducir su espacio superficial.

Como las gotas que observas en las hojas después de llover!!

Como la fuerza de gravedad



CARACTERÍSTICAS:

El volumen de un líquido queda definida por su contenedor.

Los líquidos adquieren la forma del recipiente que los contenga.

No se expande para llenar el recipiente, es prácticamente incomprensible.

En los gases las moléculas se encuentran mas separadas una de las otras, por lo que

si se pueden comprimir.



CARACTERÍSTICAS:

Los líquidos fluyen con mucha facilidad y se evaporan si se encuentran contenidos en recipientes abiertos.

Su fluidez y la capacidad de evaporarse dependerá de la intensidad de las fuerzas intermoleculares del liquido.

A mayor fuerza de atracción mas lento fluirá el liquido, y es más difícil que sus moléculas se liberen para cambiar a la fase gaseosa.

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TEMA 2 : PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS.



Algunos líquidos como la melaza y el aceite de motor, fluyen muy lentamente. Otros como el agua y la gasolina, fluyen con mayor facilidad.

Esta resistencia que presenta un líquido al fluir es lo que se conoce

como : VISCOSIDAD.

a) Viscosidad:

A mayor viscosidad más lento fluye el líquido”.



La viscosidad se relaciona con la facilidad con que las moléculas individuales pueden moverse unas respecto a otras, por lo tanto dependerá de la fuerza de atracción entre las moléculas fuerzas intermoleculares.

a) Viscosidad:

Entre mayor sea la fuerza de atracción entre sus moléculas, menor es el movimiento entre ellas, por lo que fluye más lentamente y por ende aumenta la viscosidad del líquido. Algunos llaman viscosidad a la densidad de las sustancia.



Factores que afectan la viscosidad:

Entre más grande sea la masa molar de un líquido mayor será la fuerza de atracción entre sus moléculas. Por su tamaño hace que se enreden unas a otras evitando que fluyan con facilidad. Ejemplo de ello: el agua y el aceite.

LA MASA MOLAR

A mayor masa molar de un líquido, menor es su viscosidad.



LA TEMPERATURA

Factores que afectan la viscosidad:

Un líquido sometido a altas temperaturas disminuye la viscosidad del mismo

cuando sometemos un líquido a altas temperaturas aumenta la energía cinética de la moléculas, es decir, la velocidad con que se mueven unas a otras; esto ocasiona que disminuya la fuerza de atracción que existe entre ellas haciendo que el líquido fluya más fácilmente.

Por ejemplo el petróleo que se bombea en Alaska, es más viscoso que el aceite derivado desde el Golfo Pérsico, ya que las temperaturas terrestres varían significativamente. Para abordar la cuestión de la fuerza necesaria para transportar el petróleo a través de las tuberías, los sensores en algunas tuberías deben medir la viscosidad del fluido y determinar si una medida de presión mayor o menor se debe añadir para mantener el flujo de aceite constante y estable.

QUÍMICA

.

Lic. Yolving Malavé 18

UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 14 )

¿Como podemos medir la viscosidad?El filosofo francés Jean Leonard Poiseuille desarrollo la siguiente ecuación para calcular el valor absoluto de la viscosidad:

η: la viscosidad del líquido.V: es el volumen de un líquido que fluye a través de un tubo capilar.r: es el radio del capilar.L: es la longitud.t: el tiempo.P: diferencia de presión.

Donde:

La unidad SI de viscosidad es el N.s/m2 pero la unidad tradicional de uso es el poise (g-1cm-1s-1) que corresponde a la decima parte de la unidad SI.

QUÍMICA



¿Como podemos medir la viscosidad?

ρ1, ρ2: densidades de los líquidost1 y t2: los tiempos de flujo.

Esta expresión nos dice que mientras más denso sea el líquido mayor será su

viscosidad

Donde:

También podemos determinar la viscosidad de un liquido utilizando una sustancia de referencia, empleando la siguiente ecuación, así para los líquidos 1 y 2 podemos escribir que:

QUÍMICA



¿Por qué es importante medir la viscosidad de un líquido?

La viscosidad juega un papel muy importante en todas las operaciones que implican transporte de líquidos a través de tuberías o el manejo de lechos fluidos en procesos industriales, de allí la utilidad de modificar en muchos casos, la viscosidad de un fluido a través de aditivos especiales.

En el área de mecánica mediante el análisis de viscosidad podemos saber qué tipo de liquido es importante y porque usarlo en tal máquina para que esta funcione en optimas condiciones.

El manejo de lubricantes adecuados a objeto de minimizar la fricción entre superficies metálicas exige un ajuste muy preciso de la viscosidad de dichos lubricantes.

QUÍMICA



b) Tensión SuperficialEs el fenómeno mediante el cual la superficie de un líquido se comporta como una película fina elástica.

Es la energía requerida para aumentar el área superficial de un líquido por unidad de área.

Esto es una película

fina

QUÍMICA



b) Tensión Superficial

Cuando colocamos agua en la superficie de una cera, forma gotas casi esféricas, esto sucede porque las fuerzas intermoleculares en la superficie de un líquido se encuentran desequilibradas.

Fuerzas intermoleculares en la superficie del

líquido.

Diagrama de fuerzas entre dos moléculas de un líquido.

Fuerzas intermoleculares en el interior del líquido.

Estas dos fuerza son totalmente diferentes.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wassermolek%C3%BCleInTr%C3%B6pfchen.svg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wassermolek%C3%BCleInTr%C3%B6pfchen.svg

QUÍMICA




Si la molécula se encuentra en la posición B, por existir menos moléculas arriba que abajo, la molécula en cuestión estará

sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del líquido.

Consideremos una molécula (en color rojo) en el seno de un líquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como en la posición A.

Por simetría, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas (en color

azul) que la rodean, será nula.

Si la molécula se encuentra en la posición C, la resultante de las fuerzas de interacción es mayor

que en el caso B.

QUÍMICA




La fuerzas de interacción, hacen que las moléculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido.

La fuerza hacia adentro también hace que las moléculas de la superficie se empaqueten mas juntas, lo que hace que el líquido se comporte como si tuviera una piel.

QUÍMICA




Y a su vez que algunos insectos puedan “caminar” en el agua, aunque la densidad de todos estos objetos sea mayor que la del agua.

Este efecto es lo que permite que una aguja u otro objeto cuidadosamente colocado en la superficie del agua, flote.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Paper_Clip_Surface_Tension_1_edit.jpg

QUÍMICA



b) Tensión SuperficialLa tensión superficial depende de:

La naturaleza del líquido

El medio que le rodea

La temperatura. La tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas intermoleculares disminuyen al aumentar la agitación térmica.

Dependerá de la fuerza de atracción entre sus moléculas, que permita que la fuerza hacia el interior del líquido sea lo bastante fuerte para juntarlas.

Las moléculas del medio exterior ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido. Si esta fuerza de atracción externa es mayor que la fuerza que la fuerza intermolecular disminuye la tensión superficial.la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos

otros líquidos, esto se debe a que tiene la capacidad de formar puentes de hidrógenos que aumenta la fuerza de atracción entres sus moléculas.

QUÍMICA



Al igual que la viscosidad tiene una importancia industrial, especialmente en líquidos donde la elasticidad es sumamente importante.

Como lo es en la preparación de esmaltes, pinturas, marcadores, etc. La tensión superficial debe ser tal que estos puedan formar una capa lisa y uniforme.

¿Por qué es importante medir la tensión superficial de un líquido?

QUÍMICA


UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 1 4)

c) Acción Capilar

Es la elevación de líquidos por tubos muy angostos, es decir cuando colocamos un tubo de vidrio de diámetro muy pequeño (un capilar) en agua, el liquido sube por el tubo, a esto se le denomina acción capilar.

La capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Capilares de diferentes diámetros

QUÍMICA



¿A que se debe, que un líquido se eleve dentro del capilar?

Esto ocurre porque la fuerza de adhesión entre el líquido y las paredes del capilar tiende a aumentar el área superficial del líquido.

El líquido sube hasta que las fuerzas de adhesión y cohesión se equilibran con la fuerza de gravedad sobre el líquido.

La tensión superficial tiende a reducir el área en el envase y jala el líquido subiéndolo por el tubo.

Las fuerzas de adhesión son las fuerzas

intermoleculares que unen una sustancia con una

superficie, en este caso las paredes del vidrio del

capilar.

Las fuerzas de cohesión son la fuerzas intermoleculares que unen moléculas similares a otras, como los puentes de

hidrogeno.

QUÍMICA



Cuando la fuerza de adhesión es mucho mayor que la fuerza de cohesión el liquido que sube por el capilar tendrá forma de U la superficie de la curva o menisco.

Forma de U Forma de ∩

Pero si la fuerza de cohesión es mucho mayor que la fuerza de adhesión el menisco del liquido dentro del capilar tendrá una curva hacia abajo.

c) Acción Capilar

Es decir, el mercurio tiene mayor fuerza intermolecular entre sus moléculas, por lo tanto disminuye la fuerza de adhesión y la acción capilar es menor.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Capillarity.svg

QUÍMICA



c) Acción Capilar

ϓ=𝑟 . h .𝑑 .𝑔

2

: es la tensión superficial.r: radio del capilarh: el desniveld: densidad del líquidog: la fuerza de gravedad (9,8 m/s2)

Donde:

La unidad SI de tensión superficial es el N.m-

1, expresada en términos de fuerza por unidad de longitud:

Sin embargo se usa frecuentemente la dina.cm-1.

Ecuación para determinar la tensión superficial:

QUÍMICA



d) Presión de VaporImagínate que colocamos cierta cantidad de etanol (C2H5OH), en un recipiente cerrado, el etanol comienza a

evaporarse rápidamente. La presión ejercida por el vapor en el espacio arriba del líquido comenzará a aumentar, y después de cierto tiempo la presión de vapor alcanzara una presión constante.

A este valor constante es lo que denominamos PRESIÓN DE VAPOR

DE LA SUSTANCIA.

La presión de vapor tiene como unidad básica la atmosfera (atm)

1 atm = 760 mmHg

QUÍMICA



d) Presión de VaporEsta presión se alcanza cuando el sistema se encuentra en equilibrio entre el liquido y el vapor de gas.

El número de moléculas condensadas compensa al número de moléculas

evaporadas.

Es decir, al cabo de cierto tiempo cuando algunas moléculas gaseosas, en su movimiento desordenado, vuelven al estado líquido, en este momento se detiene el descenso del nivel líquido.

obtenemos

QUÍMICA



d) Presión de VaporUn liquido y su presión de vapor están en equilibrio cundo

la evaporación y la condensación ocurren en la misma rapidez y simultáneamente, a esto se le conoce como equilibrio dinámico. Por lo que podemos definir la presión de vapor de un líquido de la siguiente manera:

“Es la presión ejercida por su vapor cuando los estados líquidos y gaseosos están en equilibrio dinámico”.

QUÍMICA



d) Presión de Vapor

El valor de esta presión en el equilibrio depende de la naturaleza del líquido y de su temperatura.

Cada líquido posee un valor característico de las fuerzas atractivas entre sus moléculas (fuerzas intermoleculares), entre mayor es la fuerza de atracción mas difícil es que una molécula del líquido pase al estado gaseoso. En consecuencia disminuye la presión de vapor en el equilibrio.

Cuando aumentamos la temperatura de un líquido, aumenta la energía cinética de sus moléculas, disminuye la fuerza de atracción entre ellas y aumentará con mayor rapidez el número de moléculas que pasaran a la fase gaseosa; en consecuencia, se elevará la presión del vapor en el equilibrio.

aceite de

motor



Las sustancias con presión de vapor elevada (como la gasolina) se evapora mas rápidamente que aquellas que tengan presión de vapor baja (como el aceite de motor), por eso cuando un liquido se evapora fácilmente, decimos que es una sustancia volátil.

Entre más volátil sea una sustancia mayor es su presión de vapor.

d) Presión de Vapor

Gasolina

QUÍMICA


UNIDAD 4: LÍQUIDOS. (CLASE 1 4)

Utilidad de la Presión de VaporEl vapor es usado en un gran rango de industrias. La aplicaciones mas comunes para el vapor son, por ejemplo, procesos calentados por vapor en fabricas y plantas, turbinas impulsadas por vapor en plantas eléctricas, entre otras.

El vapor es uno de los fluidos más comúnmente utilizados para calentar equipos o instalaciones en cualquier tipo de industria: química, petroquímica, alimentación, farmacéutica, o en procesos como el de producción de papel, lavandería, humidificación, etc.

Por ejemplo, la turbina de vapor es un equipo esencial para la generación de electricidad en plantas termoeléctricas. Generalmente el vapor sobrecalentado se usa en las turbinas de vapor para prevenir daños al equipo causados por la entrada de condensado.

QUÍMICA



e) Punto de EbulliciónCuando la presión de vapor de un líquido al aplicarle calor es igual a la presión externa que actúa sobre la superficie del líquido, este empieza a hervir y es cuando las moléculas en estado líquido pasan a estado gaseoso.

En este instante decimos que el

liquido esta en su punto de ebullición.

La ebullición es un caso particular de la vaporización; consiste en el paso de un líquido al estado de vapor con formación de burbujas en el interior del líquido, estando dicho líquido en una vasija abierta.

QUÍMICA



e) Punto de EbulliciónDe acuerdo a esto podemos definir el punto de ebullición como:

“La temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio

en el que se encuentra”.

Asimismo, podemos decir que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.

QUÍMICA



e) Punto de EbulliciónEl punto de ebullición de un líquido a una presión total aplicada de 101.325 kilopascales (es decir, 1 atm), decimos que se encuentra en su punto de ebullición normal.

En la gráfica puedes observar la presión de vapor de varios líquidos comunes en función de la temperatura. Cuando la presión de vapor es de 760 torr, aproximadamente igual a la temperatura de la atmosfera, en este instante cada sustancia alcanza su punto de ebullición normal.

El éter dietílico ebulle a 34,6 °C

El alcohol dietílico ebulle a 78,3 °CEl agua ebulle

a 100 °C

Cuando las moléculas de un líquido tiene una masa molar alta, las fuerzas de atracción son mucho mayor por lo que es difícil romper la tensión superficial. El líquido necesita mayor energía para que las moleculas pasen a estado gaseoso, y es por eso que la temperatura de ebullición aumenta.

Presión externa

QUÍMICA



Factores que afectan el punto de ebullición

Presión externa: si es alta el punto de ebullición será mayor y viceversa.

Masa molar: mientras mayor es la masa molar mayor se espera que sea el punto de ebullición.

Entre más presión se aplique más fácil es que las moléculas del líquido pase a estado gaseoso, es igual cuando le colocamos una tapa a las olla para que hierva rápido el agua y se cocinen nuestros alimentos.

Fuerzas intermoleculares: mientras más fuertes sean las fuerzas intermoleculares mayor será el punto de ebullición.

A mayor fuerza de atracción entre las moleculas de un líquido mayor energía se necesita para romper esta fuerza, por lo que aumenta la temperatura de ebullición.

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e) Punto de Ebullición

El efecto de la presión sobre el punto de ebullición también explica por qué los alimentos tardan más en cocerse en sitios elevados que en el nivel del mar.

A mayor altitud menor presión atmosférica y el agua hierve a bajas temperaturas

A menor altitud mayor presión atmosférica por lo que se necesita altas temperaturas para que el agua hierva.

QUÍMICA



Importancia del punto de ebulliciónEl punto de ebullición permite la separar los componentes de una mezcla que contenga sustancias líquidas mediante la destilación simple o fraccionada.

El grado de separación de los componentes del petróleo esta estrechamente ligado al punto de ebullición de cada compuesto.

Por ejemplo: la refinación del petróleo es un proceso que incluye el fraccionamiento y transformaciones químicas del petróleo para producir derivados comercializables.

QUÍMICA



REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Whitten, K. (). Química General. Editorial Mc Graw Hill.

Brown, L. (1998). Química la Ciencia Central. Editorial Pearson. México.

Chang, R. (2001). Química. Editorial McGraw Hill. Secta Edición. México.

INDICE

QUÍMICA



Para verificar los conocimientos adquiridos realiza la actividad virtual sugerida para el

reforzamiento de esta clase.

ACTIVIDADES

QUÍMICA



FIN DE LA CLASE 1

El valor, la buena conducta y la perseverancia conquistan todas las cosas y obstáculos que

quieran destruirlas y se interpongan en su camino.

Ralph Waldo Emerson

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