Estats de la Matèria i Forces Intermoleculars

Estats de la Matèria

Sòlid, líquid i gasós

Plasma: nuclis atòmics positius i electrons lliures (sota condicions de P i T molt elevades): llamps, aurores boreals, Sol. També existeixen plasmes freds.

Estat condensat de Bose-Einstein: a T propera a -273 K. Totes les partícules (bosons) tenen energia mínima possible i flueixen sense fricció entre elles (superfluïdesa): efectes quàntics aparents a escala macroscòpica.

Altres estats de la matèria recentment descoberts: condensat de Fermi, supersòlid, superfluid, líquid d’espín quàntic, matèria fotònica. Sempre existents només sota condicions extremes de P i T.

Nous Materials

• Kevlar
• Fibra de carboni
• Grafè

Energia de Xarxa

Energia de xarxa o energia reticular (Ur): energia necessària perquè es formi 1 mol de compost iònic a partir dels seus ions gasosos.

Sempre exotèrmica (E < 0).

No es pot mesurar directament, però es pot usar un cicle termodinàmic: cicle de Born-Haber (basat en la llei de Hess: l’entalpia intercanviada en una reacció química sempre és la mateixa, independentment del nombre d’etapes o del procés seguit).

Entalpia: magnitud o funció d’estat termodinàmica d’un sistema físic. Al disminuir, fixa el sentit en què es poden produir processos a entropia i pressió constants. Unitats: J.

Funció d’estat: magnitud física macroscòpica que caracteritza l’estat d’un sistema. El seu valor només depèn de l’estat del sistema en cada moment, no de com s’hi ha arribat.

Forces intermoleculars: interaccions que experimenten entre elles les molècules d’una substància. Són electrostàtiques, però molt més febles que les que mantenen units els àtoms. Determinen, per exemple, l’estat físic. Ex: costa menys fer bullir aigua que separar H i O.

Forces de Van der Waals

Forces basades en atracció electrostàtica:

• Forces dipol-dipol
• Forces dipol-dipol induït
• Forces de dispersió de London

Enllaç per Pont d’Hidrogen

Cas particular de les forces dipol-dipol, però tenen una influència molt gran sobre les substàncies que l’experimenten.

Cal que:

• Les molècules siguin polars
• Un dels àtoms ha de ser H
• L’altre àtom ha de tenir electronegativitat elevada i radi atòmic molt petit (F, O, N, Cl)

Rellevants: donen forma a l’ADN.

Efectes de les Forces Intermoleculars en les Substàncies

Propietats químiques depenen del tipus d’enllaç intramolecular.

Les forces intermoleculars són responsables d’algunes propietats físiques:

• Estat d’agregació: com més intenses són les forces, més probable que sigui sòlid.
• H₂O (l) però H₂S, H₂Se o H₂Te són gasos a temperatura ambient.
• O₂, N₂, H₂, F₂ són gasos amb forces de dispersió de London (molt febles).
• Halògens: a l’augmentar la massa molecular, gas > líquid > sòlid.
• Punts de fusió i ebullició: substàncies on actuen forces de Van der Waals tenen punts de fusió i ebullició baixos. Excepció: H₂O.
• Solubilitat: la solvatació és la capacitat d’un dissolvent per envoltar una substància polar o una càrrega i estabilitzar-la, disminuint-ne l’energia.
• Densitat: com menys força intermolecular, més baixa és la densitat i més fàcil és comprimir-les.
• Tensió superficial dels líquids: forces altes impliquen més tensió superficial i, per tant, mullen menys.
• Calor específica
• Conductivitat elèctrica