Solutions and intermolecular forces

Fuerzas intermoleculares, líquidos y sólidos

enlace: http://iesdolmendesoto.org/zonatic/el_enlace_quimico/enlace/fuerzas_intermoleculares.html


Define:

fuerzas intermoleculares


Describe la diferencia a nivel molecular entre sólidos, líquidos y gases.

¿Por qué los líquidos son fluidos sin forma fija?(En base al concepto de fuerzas intermoleculares)



¿Por qué los gases son fluidos y comprimibles?(En base al concepto de fuerzas intermoleculares)



¿Por qué los sólidos tienen forma fija y son incomprimibles?(En base al concepto de fuerzas intermoleculares)

¿Cómo compara la intensidad de las fuerzas intermoleculares con la de los enlaces covalentes?


¿Cómo se afectan las propiedades de los líquidos, tales como temperatura de ebullición, con la intensidad de las fuerzas intemoleculares? Completa la tabla.

Fuerzas intemoleculares
Consecuencia en la temperatura de ebullición (aumenta, disminuye)
intensas

Débiles


Describe el tipo de fuerzas de van der Wall en la siguiente tabla:

Tipo de fuerzas
Representación
Descripción
Ion-dipolo

FUERZAS DE VAN DER WAALS
Dipolo-dipolo

Enlace de hidrógeno

Fuerzas de London









Preguntas:

¿Qué de las fuerzas de van der Wals existen en todas las moléculas? Explica.



PROPIEDADES DE LÍQUIDOS

COMPLETA LA SIGUIENTE TABLA DE LAS PROPIEDADES DE LÍQUIDOS.

PROPIEDAD DE LÍQUIDO
REPRESENTACIÓN
DEFINICIÓN
VISCOSIDAD

TENSIÓN SUPERFICIAL


¿Cómo depende la viscosidad de los siguientes factores?

Factor
Efecto (¿aumenta o disminuye la viscosidad?)
Fuerzas intermoleculares son intensas

Fuerzas intermoleculares son débiles

Temperatura aumenta

Temperatura disminuye



¿Porqué ocurre la tensión superficial? Explica en términos de fuerzas intermoleculares el efecto neto sobre las moléculas que están en la superficie del líquido.


¿Cómo depende la tensión superficial de los siguientes factores?

Factor
Efecto (¿aumenta o disminuye la viscosidad?)
Fuerzas intermoleculares son intensas

Fuerzas intermoleculares son débiles

Temperatura aumenta

Temperatura disminuye



¿Porqué ciertos insectos pueden caminar sobre la superficie del agua sin hundirse?
Fig 1: araña

Completa la siguiente tabla:

Concepto
Representación
Definición
Fuerzas cohesivas




Fuerzas adhesivas


Según la ilustración de arriba:

Observa el menisco del mercurio, ¿Que fuerzas son más intensas en el mercurio? ¿Las cohesivas o las adhesivas?


Observa el menisco del agua, ¿Que fuerzas son más intensas en el agua? ¿Las cohesivas o las adhesivas?


Define efecto capilar, ¿Que función juega en un árbol?



Fuerzas ion-dipolo

Las fuerzas ion-dipolo son importantes para explicar la solubilidad de compuestos ionicos en disolventes polares.
Llena la tabla ¿Qué efecto tienen en las fuerzas ion-dipolo?

Factor
Intensidad de la fuerza (¿mayor o menor?)
Magnitud del dipolo

Magnitud de la carga del ion


Fuerzas dipolo-dipolo

¿En qué tipo de moléculas existen las fuerzas dipolo-dipolo?


Las fuerzas dipolo-dipolo existen entre moléculas polares
Llena la tabla ¿Qué efecto tienen en las fuerzas ion-dipolo?

Factor
Intensidad de la fuerza (¿mayor o menor?)
Magnitud del dipolo

Cercanía de las moléculas

Peso molecular


¿En qué sustancia son mayores las fuerzas de dipolo-dipolo? ¿PH3 o HCl? ¿Porqué?
¿Cuál de estas tendrá una temperatura de ebullición mayor? Completa la siguiente tabla con la sustancia que tenga un valor más alto para las propiedades aquí presentadas.

Propiedad física
Sustancia de mayor..
Presión de vapor

Temperatura de ebullición

viscosidad

Tensión superficial


Fuerzas de dispersión de London*

*Nota: En esta sección el término “molécula” incluye el concepto “atomo”.

Define polarizabilidad de una molécula.



Define dipolo inducido.



¿En qué tipo de moléculas existen las fuerzas de dispersión de London?



Las fuerzas de dispersión de London existen entre todas las moléculas.
Llena la tabla ¿Qué efecto tienen en las fuerzas de dispersión de London los siguientes factores?

Factor
Intensidad de la fuerza (¿mayor o menor?)
polarizabilidad

Peso molecular

Forma de la molécula

Cercanía de las moléculas



¿En qué sustancia son mayores las fuerzas de dispersión de London? ¿CH4 o SiH4? ¿Porqué?
¿Cuál de estas tendrá una temperatura de ebullición mayor? Completa la siguiente tabla con la sustancia que tenga un valor más alto para las propiedades aquí presentadas.

Propiedad física
Sustancia de mayor..
Presión de vapor

Temperatura de ebullición

viscosidad

Tensión superficial


Enlace de hidrógeno

¿En qué tipo de moléculas existen los enlaces de hidrógeno?¿Qué tres elementos muy electronegativos deben estar directamente enlazados al hidrógeno?



¿Cómo compara la energía del enlace de hidrógeno con la del enlace colvalente? ¿Es más fuerte o más débil?


El enlace de hidrógeno existe en moléculas en las que el H está directamente enlazado al F, O ó N.
Llena la tabla ¿Qué efecto tienen en los enlaces de hidrógeno los siguientes factores?

Factor
Intensidad de la fuerza (¿mayor o menor?)
Electronegatividad del átomo enlazado al H



¿Cómo explica el concepto de enlace de hidrógeno la baja densidad del hielo? Ve la siguiente ilustración de la estructura tridimensional del hielo.



Pregunta de aplicación:

¿Cuál tendrá una mayor presión de vapor a la misma temperatura H2O o H2S? Explica en términos de fuerzas intermoleculares.

Cuál de estas tendrá una temperatura de ebullición mayor? Completa la siguiente tabla con la sustancia que tenga un valor más alto para las propiedades aquí presentadas.

Propiedad física
Sustancia de mayor..
Presión de vapor

Temperatura de ebullición

viscosidad

Tensión superficial




Comparación de fuerzas intermoleculares


¿Qué fuerza intermolecular se halla en todas las sustancias?


¿Qué diferencia hay entre las fuerzas dipolo-dipolo y las fuerzas de dispersión de London?



De las fuerzas de Van der Waals ¿Cúal de las tres es la más intensa en sustancias de peso molecular comparable?


Según la gráfica siguiente: ¿Porqué la temperatura de fusión de los elementos del grupo 6A aumenta regularmente desde el H2S, H2Se,H2Se,H2Te, H2Po?


¿Porqué aumenta bruscamente la temperatura de fusión en el H2O?


¿Porqué no hay excepciones en el grupo 4A donde los puntos de fusión aumentan regularmente en el grupo CH4, SiH4, GeH4, y SiH4?









CAPÍTULO 11


Explique brevemente el término o conteste la pregunta:

Define

cambio de fase (cambio de estado)


entalpía de evaporación(ΔHvap)


entalpía de sublimación(ΔHsub)


entalpía de fusión(ΔHfus)


Completa la siguiente tabla con la defición correcta de los cambios de fase presentados. Indica si son exotérmicos o endotérmicos

Cambio de fase
definición
Ejemplo
¿endotérmica o exotérmica?
fusión





Congelación





Evaporación





Condensación





licuefacción





Sublimación





Deposición







Calcula la energía necesaria para convertir 25 gramos de hielo a -20 ºC a vapor de agua a 125 ºC.
datos necesarios: calor específico del hielo= 2.09 J/g-K, calor específico del agua= 4.18 J/g-K, calor específico del vapor de agua= 1.84 J/g-K, entalpía de fusión del agua, DHfus=6. 01 kJ/mol, entalpía de evaporación del agua= 40.67 kJ/mol
















CURVAS DE CALENTAMIENTO

Define curva de calentamiento


Usa la siguiente curva de calentamiento del hielo a -25 ºC a vapor de agua a 125 ºC. Para responder a las preguntas siguientes.

Describe lo que ocurre en cada segmento de la curva:
Segmento de la curva
Fase o fases presentes (estado del agua)
A

B

C

D

E





Diagramas de fase:

Define: diagrama de fase


fluido supercrítico



Define los siguientes conceptos relacionados a los diagrama de fases.

curva
Definición (fase o fases en esta curva o punto)
la curva de sublimación





la curva de evaporación



la curva de fusión



el punto triple



El punto crítico












l En el siguiente diagrama de fase identifica: la curva de sublimación, la curva de evaporación, la curva de fusión, la región en la que la substancia es sólida, líquida y gaseosa, el punto crítico y el punto triple.



l Identifica por su nombre,los puntos o curvas del diagrama de fases


Punto o cuva
Fase o fases en equilibrio
Nombre del punto o curva
Curva CA


Punto A


Curva AD


Curva AB


Punto B



l Completa la tabla y describe lo que ocurre al ir por los puntos e, f, g, h, i.

Punto
Fase o fases en equilibrio
Cambio de fase (si ocurre alguno)
e


Entre e y f


f


Entre f y g


g


Entre g y h


h


Entre h e i






l Completa la tabla y describe lo que ocurre al ir por los puntos j, k, l.

Punto
Fase o fases en equilibrio
Cambio de fase (si ocurre alguno)
j


Entre j y k


k


Entre k y l


l



l Completa la tabla y describe lo que ocurre al ir por los puntos m, n, y o.

Punto
Fase o fases en equilibrio
Cambio de fase (si ocurre alguno)
m


Entre m y n


n


Entre n y o


o


Presión de vapor

Define: presión de vapor.

volátil



l En liquído confinado en un recipiente cerrado las moléculas en fase gaseosa están en equilibrio con las moléculas en fase líquida. Define equilibrio dinámico. Explica este equilibrio en tus propias palabras.


Completa la siguiente tabla con sus definiciones correctas:

Concepto
Definición
Ejemplo
Volátil



Temperatura de ebullición



Temperatura de ebullición normal




¿Qué relación al entre la temperatura de un líquido y su presión de vapor? Según la siguiente gráfica, ¿Aumenta o disminuye la presión de vapor si aumenta la temperatura? ¿Aumenta o disminuye la temperatura de ebullición si aumenta la temperatura? Explica.













CAPÍTULO 12

l Completa las siguientes definiciones y da un ejemplo

Concepto
definición
ejemplo
Solución



Soluto



Disolvente





l Completa las siguientes definciones y da un ejemplo

Concepto
Definición (fórmula explcada)
ejemplo
Molaridad (M)




molalidad (m)




fracción molar (χ)




% por masa(%m/m)




Normalidad (N)




ppm



ppb






Ejercicios relacionados:

Normalidad

Completa la siguiente tabla con los cálculos requeridos para los ácidos presentados:

Masa de ácido
Peso molecular
n (protones por mol de sustancia)
Peso equivalente

# Equivalentes de ácido
Volumen de solución
Normalidad (N)(cálculo y resultado)
5.00 g Hcl











500 mL

1.50 g H2SO4










500 mL

7.00 g H3PO4










750 mL




Una solución se prepara disolviéndose 25.0 g de BaCl2 en 500 g de agua.

l Halle la molalidad (m) de la solución.




l Halle la fracción molar (c) del BaCl2.






l Halle el porciento por masa del BaCl2.






Calcula la masa de KOH que contienen 50 mL la solución al 10% por masa de KOH en agua.





Halla la molaridad (M) de una solución que contiene 40 g de NaOH disueltos con agua hasta un volumen final de 500 mL.






Halla la masa de ácido clorhídrico contenida en 75 mL de una solución 0.1 M de este ácido.







Halla la concentración en ppm de una solución de contiene 0.100 g de NaCl en 200 g de agua.


¿Cuál es la Normalidad (N) Eq/L de una solucion de Acido Fosfórico (H3PO4) que contiene 5.00 g de H3PO4 en una solución acuosa de 500 mL?


Resuelve y obtén la contestación correcta:
Ejercicios de Soluciones: Disoluciones. Normalidad, molaridad, molalidad, fracción molar, gramos por litro, gramos por cien gramos. Neutralización.

1) Expresa la concentración de 40 g de una solución acuosa que contiene 8 g de soluto y cuya densidad es de 1.15 g/mL, en:
a. gramos de soluto por 100 g de solución.


b. gramos de soluto por 100 g de disiolvente.


c. gramos de soluto por 100 mL de solución.



2) Se disuelven 0.50 g de cloruro de sodio en una determinada cantidad de agua, de tal modo que resulten 300 mL de solución. Expresar la concentración de la solución en gramos de soluto por litro de solución (M).



3) Halla la normalidad de una solución de H2SO4 de concentración 98 % m/m y cuya densidad es 1.84 g/mL.
Respuesta: 36.8




4) Se tienen 250 mL de solución 0.5 N de ácido sulfúrico y se desea calcular:
a. ¿cuántos moles contiene?.


b. ¿cuántos equivalentes hay?.
Respuesta: 0,0625 moles y 0,125 Eq
5) ¿Qué volumen de solución 0.1 N de KOH se necesitan tomar para tener 2.8 g de base (NaOH)?.
Respuesta: 500 mL



6) Se desea preparar 500 mL de solución 0.2 N de un ácido, partiendo de una solución 0.5 N del mismo. Calcular el volumen de solución que se necesita.
Respuesta: 200 mL



7) Una solución acuosa de ácido sulfúrico al 11 % P/P tiene una densidad de 1.08 g/cm ³. Expresa su concentración en:
a. Gramos de soluto/100 gramos de solución.


b. Gramos de soluto/100 gramos de disolvente.


c. % P/V.


d. N.


e. M.


f. m.



Respuestas: a. 11 b. 12.36 c. 11.88 % m/V d. 2.42 N e. 1.21 M f. 1.26 m

CAPÍTULO 13: Propiedades de soluciones

Define

solvatación e hidratación



Define o distingue, incluye ejemplos:

Concepto
Definición
ejemplos
Solubilidad



solución saturada



solución insaturada



solución sobresaturada



líquidos miscibles



líquidos inmiscibles





Explica la regla de solubilidad "semejante disuelve a semejante" ("like disolves like"). Provee ejemplos

l En la siguiente tabla marca el disolvente el que será soluble un soluto...

soluto
Disolvente polar
Disolvente no polar
polar


No polar


ionico





¿Porque el alcohol soluble en agua, pero la gasolina es insoluble?


FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD.

Efectos de la temperatura

¿Cómo afectan cambios en temperatura la solubilidad de los gases? ¿de los sólidos?


¿A qué temperatura será más soluble el O2(g) en agua? ¿A 25 º C o a 75 ºC?


¿A qué temperatura será más soluble el NaCl(s) en agua? ¿A 25 º C o a 75 ºC?


¿Por qué se observan burbujas de gas al calentarse el agua alrededor de 70 ºC?7



Efectos de la presión

¿cómo afectan cambios en presión la solubidad de los gases? ¿de los sólidos?


¿A qué presión será más soluble el O2(g) en agua? ¿A 5 atm o a 75 atm?


¿A qué presión será más soluble el NaCl(s) en agua? ¿A 5 atm o a 75 atm?


l Explica brevemente la ley de Henry: Cg=kPg


l Calcula la concentración de CO2 en una bebida embotellada una presión parcial de CO2 de 6.0 atm. La constante de la ley de Henry para CO2 en agua es de 3.2 x 10-2 mol/L-atm.




Propiedades Coligativas

l Define propiedades coligativas.

Completa la siguiente tabla.


Propiedad coligativa
definición
Fórmula relacionada da el nombre de la constante y explica lo que significa cada variable)
ejemplo
Disminución en la presión de vapor






Aumento en la temperatura de ebullición






Depresión en la temperatura de congelación








Ósmosis










l Explica la ley de Raoult: PA= cAPAº



l La presión de vapor de agua pura a 60 ºC es 149 torr. calcula la presión parcial de una solución acuosa que contiene 0.5 mol de NaCl disueltos en 0.74 mol de agua.






Define: solución ideal




¿Qué tipo de soluciones obedecen la ley de Raoult?





l Distingue entre solución hipotónica, isotónica e hipertónica. ¿Cómo aplicar este concepto a la membrana celular?

l Define crenación y hemólisis.



COLOIDES

Define: coloide
Fig 2: Efecto Tyndall en coloides.

Completa la siguiente tabla:

CONCEPTO
DEFINICIÓN
EJEMPLO
Coloide




Dispersión coloidal




Partícula coloidal




Fase dispersada




Fase que dispersa




Efecto Tyndall






¿Qué diferencia hay entre un coloide y una solución verdadera? ¿Qué efecto distinge en forma sencilla un coloide de una solución?



¿Qué tamaño tienen las partículas en las suspensiones llamadas coloides?



¿Cuántos tipos de coloides existen según la diferencia entre la sustancia que dispersa y la sustancia dispensada?

l Completa la siguiente tabla y provee ejemplos. Note que los nombres pueder variar según la fuente.


Tipo de coloide
Fase que dispersa
Fase dispersada
Ejemplo
----
---

gas
gas

Aerosol




Aerosol




Espuma (“foam”)




Emulsión




Sol




Espuma sólida




Emulsión sólida




Sol sólido






Distingue entre los colores dispersados en agua: coloide hidrofóbico y coloide hidrofílico. Presenta ejemplos.


Describe el efecto Tyndall se permite distinguir entre verdaderas soluciones y coloides.


Procesos de remover a las partículas coloidales.

Define

l coagulación



l diálisis




Menciona dos (2) métodos adicionales de separar partículas coloidales.