Conceptos Clave de Fisicoquímica: Presión de Vapor, Fusión y Soluciones Ideales
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Conceptos Fundamentales de Fisicoquímica
1. Presión de Vapor
Se llama presión de vapor de un líquido a la presión ejercida por la fase gaseosa en equilibrio con el líquido.
Dependencia de la Presión de Vapor
La presión de vapor de los sólidos, al igual que la de los líquidos, depende de la estructura del material y de la temperatura. A una temperatura dada, cuanto mayor sea la fuerza de atracción entre las moléculas o partículas que lo constituyen, menor será la tendencia de pasar al estado gaseoso y menor será su presión de vapor.
2. Fuerzas Intermoleculares
Son fuerzas de atracción entre las moléculas. Estas fuerzas son las responsables del comportamiento no ideal de los gases.
Clasificación de las Fuerzas Intermoleculares
- Fuerzas Dipolo-Dipolo
- Fuerzas de London
- Puente de Hidrógeno
Tipos de Interacciones
Fuerzas Dipolo-Dipolo: Se producen entre moléculas debido a la atracción entre los polos positivos y negativos de moléculas adyacentes; o sea que cuando dos moléculas polares se aproximan se produce una atracción entre los polos de distintas cargas. Es una atracción intensa llamada dipolo-dipolo, y se da en las moléculas formadas por una unión covalente. Ej: gases como el CO₂.
Fuerzas de London: Las moléculas no polares pueden producir en forma momentánea o transitoria un desplazamiento de los electrones, originando un polo positivo y otro negativo, dando una atracción entre moléculas. Es una fuerza débil de poca intensidad denominada fuerza de London, y se da en los casos de gases raros o inertes.
Unión Puente de Hidrógeno: Se produce en moléculas de las sustancias que tienen hidrógeno, donde este hace un puente con otra molécula de la misma especie. Este puente se debe representar en forma de guion, por ejemplo: el fluoruro de hidrógeno (HF), tiene una estructura circular.
3. Energía Cinética
Es un tipo de energía que se manifiesta por un objeto en movimiento, o energía de movimiento. Ej: un móvil que lleva cierta velocidad requiere, para detenerlo, la acción de otra fuerza, que se desplazará —por lo que se realiza un trabajo—; entonces posee energía cinética.
Fórmula:
Ec = ½ m · v²
Donde: m = masa, v = velocidad
4. Punto de Fusión y Equilibrio de Fases
La transformación de un sólido en líquido se conoce como FUSIÓN.
“El punto de fusión de un sólido o el punto de congelación de un líquido es la temperatura a la cual las fases sólida y líquida coexisten en el equilibrio. El punto de fusión (o congelación) normal de una sustancia es la temperatura a la cual una sustancia se funde (o congela) a 1 atm de presión. Por lo general se omite la palabra ‘normal’ cuando la presión es de 1 atm.” (Raymond Chang, Química General).
Al aumentar la temperatura de un sólido cristalino puro de forma continuada, se llega siempre a alcanzar un punto llamado punto de fusión en el cual el sólido pasa al estado líquido. Para cada sustancia dicho punto presenta un valor fijo y constante que depende de la presión exterior. En el intervalo de la transición, en el que se puede distinguir una mezcla de fase sólida y fase líquida, la temperatura es constante, produciéndose una continua absorción de calor del medio circundante hasta que toda la sustancia está en fase líquida. En el caso contrario, cuando toda la materia líquida se enfría hasta que alcanza la temperatura dada, se inicia el proceso de solidificación que se prolonga, con emisión de calor al medio exterior, hasta que toda la sustancia se encuentra en estado sólido.
5. Fracción Molar y Concentración de Soluciones
Fracción Molar (X)
Es una cantidad adimensional que expresa la relación del número de moles de un componente con el número de moles de todos los componentes presentes. Su valor siempre es menor que 1, excepto cuando A es el único componente presente, en cuyo caso:
NB = 0 y XA = nA / nA = 1
La presión parcial de A se puede expresar como:
PA = XA · PT
Tipos de Soluciones por Concentración
- Solución Molar (M): Es la que contiene una molécula-gramo de la sustancia disuelta por litro de solución (no de solvente); por lo tanto, debe tomarse el peso fórmula o peso molecular, expresado en gramos, del compuesto, disolverlo en un matraz aforado y completar luego a un litro con agua.
- Solución Molal (m): Es aquella que contiene una molécula-gramo de un soluto determinado en 1000 g de un solvente; por lo tanto, se agrega el litro completo de agua al total de gramos pesados del soluto.
6. Ley de Raoult
La Ley de Raoult establece que la relación entre la presión de vapor de cada componente en una solución ideal es dependiente de la presión de vapor de cada componente individual y de la fracción molar de cada componente en la solución. La ley debe su nombre al químico francés François Marie Raoult (1830-1901).