Propiedades y Comportamiento de los Estados de la Materia: Gaseoso, Líquido y Sólido

Estados de Agregación de la Materia

Estado Gaseoso

Los gases tienen forma variable, adaptándose a la del recipiente que los contiene. El volumen es variable, ocupando todo el recipiente que lo contiene y, en función de esto, su presión puede aumentar o disminuir según el volumen ocupado. Tienen baja densidad y son muy fluidos.

Leyes de los Gases

• Ley de Boyle-Mariotte: El volumen ocupado por una determinada masa de gas es inversamente proporcional a la presión a la que se somete, a temperatura constante. P·V = constante.
• Ley de Charles y Gay-Lussac: A presión constante, el volumen ocupado por un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. V₁ / T₁ = V₂ / T₂ = constante.
• Ley de Avogadro: Volúmenes iguales de gases diferentes, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas. Así, 1 mol de cualquier gas medido en condiciones normales (1 atm de presión y 273 K de temperatura) ocupa 22,4 litros, que se conoce como el volumen molar, y contiene el número de Avogadro de moléculas: 6,023 x 10²³.

Ecuación de Estado de los Gases Ideales

La combinación de las leyes anteriores se puede resumir en: P·V = n·R·T.

Ley de Dalton de las Presiones Parciales

La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas, en las mismas condiciones de temperatura, como si estuviera solo, ocupando todo el recipiente. La presión parcial de cada gas es igual a la fracción molar del mismo multiplicada por la presión total.

Teoría Cinética de los Gases

• Primer postulado: Los gases están formados por partículas individuales, moléculas, muy alejadas entre sí, de manera que el volumen que ocupa el gas está prácticamente vacío y las moléculas pueden considerarse como puntos en el espacio.
• Segundo postulado: Estas moléculas se encuentran en movimiento continuo aleatorio, describiendo trayectorias rectilíneas y experimentan choques elásticos entre ellas y contra las paredes del recipiente que las contiene. La presión es consecuencia de estos choques de las moléculas del gas contra las paredes y depende del número de choques y de la velocidad de choque.
• Tercer postulado: La energía cinética promedio de las moléculas de un gas es directamente proporcional a la temperatura, e independiente de la naturaleza del gas.

Gases Reales

Los gases realmente no cumplen la ley de los gases ideales porque las moléculas no son puntos en el espacio, sino que tienen volumen, por lo que la compresión del gas se dificulta y el volumen final que se alcanza es mayor que el esperado para un gas ideal. Por otra parte, las moléculas no son independientes entre sí, sino que experimentan débiles atracciones mutuas, por lo que el número de choques puede verse reducido y la presión ser menor que la esperada para un gas ideal.

Estado Líquido

Los líquidos tienen volumen propio, se adaptan al recipiente que los contiene, tomando la forma del mismo, pueden fluir, son muy poco compresibles y pasan al estado de vapor a cualquier temperatura. Las fuerzas de cohesión entre las partículas son grandes, lo que determina que una masa de un líquido tenga volumen propio, pero el movimiento de traslación y de oscilación de las partículas es causa de que pueda fluir, aunque las fuerzas de atracción entre las moléculas originan una resistencia interna a este desplazamiento, que se conoce como viscosidad.

Presión de Vapor

De un líquido es la presión que ejerce su vapor cuando se alcanza el equilibrio, a una temperatura dada, entre la sustancia en estado líquido y su vapor en un recipiente cerrado.

Temperatura de Ebullición

Es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido llega a ser igual a la presión atmosférica externa.

Calor Latente de Vaporización

Es el calor absorbido en el paso de 1 gramo de sustancia del estado líquido al estado de vapor a la temperatura constante de ebullición. Si se refiere a 1 mol de sustancia se llamará calor latente molar de vaporización.

Estado Sólido

Los sólidos tienen forma y volumen propios. Las fuerzas de cohesión entre las partículas son muy grandes, por lo que estas solo pueden vibrar alrededor de su punto de equilibrio. Si la disposición de las partículas que forman el sólido es ordenada, se dice que es un sólido cristalino o cristalizado. Si la distribución de las partículas es al azar, sin orden establecido, se dice que es un sólido amorfo.

Presión de Vapor de un Sólido

Es la presión que ejerce su vapor cuando se alcanza el equilibrio, a una temperatura dada, entre la sustancia en estado sólido y su vapor en un recipiente cerrado.

Calor Latente de Sublimación

Es el calor absorbido en el paso de 1 gramo de sustancia del estado sólido al estado gaseoso a la temperatura constante de sublimación. Si se refiere a 1 mol de sustancia se llamará calor latente molar de sublimación.

Punto Triple

Es la temperatura a la cual coexisten los 3 estados, sólido, líquido y vapor, en equilibrio. Si el sólido se calienta bajo su propia presión de vapor, al llegar a fundir, el vapor está en equilibrio con el sólido y el líquido. Al existir las 3 fases en equilibrio, el sólido y el líquido tienen necesariamente la misma presión de vapor.

Temperatura Crítica

Es la temperatura a partir de la cual una sustancia en estado gaseoso no se puede licuar, independientemente de lo elevada que sea la presión. También es la máxima temperatura a la que una sustancia puede existir como líquido.

Presión Crítica

Es la presión mínima que debe ser aplicada para licuar una sustancia que se encuentra a la temperatura crítica.

Diagrama de Fases

De una sustancia es una gráfica presión-temperatura en la que se representan las relaciones entre las fases sólido, líquido y vapor de esa sustancia, proporcionando las condiciones en las que existe en cada estado. En ellas aparecerá el punto triple y la temperatura crítica.