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Profesor Bernardo Leal
Química
Ejercicios 5 (Líquidos y sólidos)
· Fuerzas Intermoleculares:
1) Ordene los tres estados de la materia de la siguiente manera: a) Aumentando el desorden molecular; b) Aumentando la atracción molecular
R: a) sólido<líquido<gas; b) gas<líquido<sólido
2) Indique cual de las siguientes sustancias se parecerá más a un gas, líquido o sólido: a) una que es fluida y casi incompresible; b) una que tiene masa de 44 g y volumen de 24,6 L a 27 ºC.
R: a) líquido; b) gas
3) ¿Por que el aumento de la temperatura ocasiona que una sustancia cambie de sólido a líquido y a gas?
R: Al aumentar la temperatura aumenta la energía cinética permitiendo así vencer la energía de atracción entre las moléculas.
4) El nitrógeno molecular, N2, y el monóxido de carbono, CO, son isoelectrónicos y muy parecidos en el peso molecular. Explique por que el punto de ebullición del CO(l) es ligeramente mayor que el del N2(l).
R: Por la fuerza dipolo­dipolo presente entre las moléculas de CO, por ser una molécula polar, que trae como consecuencia que sea más complicado vencer la fuerza de atracción entre las moléculas.
5) a) ¿Cuál de los siguientes átomos esperaría que sea más polarizable: O, S, Se o Te? Explique. b) Ordene las siguientes moléculas en una polarizabilidad creciente: GeCl4, CH4, SiCl4, GeBr4. R: a) Te porque posee la nube electrónica más grande y por lo tanto menos fijada al nucleo; b) CH4<SiCl4<GeCl4<GeBr4 .
6) Identifique los tipos de fuerzas intermoleculares que están presentes en cada una de las siguientes sustancia y seleccione la sustancia que en cada pareja posea mayor punto de ebullición. a)C 6H14 o C8H18; b) C3H8 o CH3OCH3; c) CH3OH o CH3SH; d) NH2NH2 O CH3CH3. R: a) C6H14, dispersión; C8H18, dispersión; C8H18 > punto de ebullición; b) C3H8, dispersión; CH3OCH3, dipolo­dipolo; CH3OCH3> punto de ebullición; c) CH3OH, puente de hidrógeno; CH3SH, dipolo­dipolo y dispersión; CH3OH> punto de ebullición; d) NH2NH2, puente de hidrógeno, dipolo­dipolo y dispersión; CH3CH3, dispersión; NH2NH2> punto de ebullición.
7) Los aceites de silicona se utilizan como repelentes de agua para el tratamiento de tiendas de campaña, botas de marcha y otros artículos semejantes. Explique como funciona.
R: La silicona no es polar se adhiere a la tela o el cuero y repele el agua que es polar, y tiene puentes de hidrógeno.
8) Una de las siguientes sustancias es un líquido a temperatura ambiente, mientras que las otras son gaseosas. CH3OH; C3H8; N2; N2O. ¿Cuál piensa que es el líquido? Justifíquelo.
R: El primero debido al puente de hidrógeno.
· Propiedades de los líquidos:
1) ¿Como la viscosidad y la tensión superficial de un líquido varia al aumentar las fuerzas intermoleculares?
R: Ambas aumentan al aumentar las fuerzas intermoleculares.
2) Explique las siguientes observaciones: a) la viscosidad del etanol, CH3CH2OH, es mayor que la del eter, CH3CH2OCH2CH3. b) En contacto con un tubo capilar delgado hecho de polietileno, el agua forma un menisco cóncavo hacia abajo, similar al mercurio en un tubo de vidrio.
R: a) Forma puentes de hidrógeno, los cuales son fuerzas intermoleculares más fuertes que limitan el movimiento de las moléculas; b) La cohesión entre las moléculas de agua es mayor que la adhesión entre el agua y el polietileno.
3) Explique las siguientes observaciones: a) durante los meses del invierno frío, la nieve en ocasiones desaparece gradualmente sin derretirse; b) el calor de fusión para cualquier sustancia es generalmente menor que el calor de vaporización.
R: a) la nieve, H2O(s), sublima vapor de agua, H2O(g). b) La fusión no requiere separación de moléculas, por lo tanto la energía requerida es menor que para la vaporización, donde las moléculas si deben ser separadas.
4) Explique porque el punto de ebullición de los líquidos varia sustancialmente con la presión, mientras que el punto de fusión de los sólidos depende muy poco de la presión.
R: Ni los líquidos ni los sólidos son afectados en gran medida por la presión porque son no compresibles, mientras que el gas si lo es.
5) Ordene las siguientes sustancias en orden creciente de la volatilidad: CH4, CBr4, CH2Cl2, CH3Cl, CHBr3, CH2Br2. Explique su respuesta.
R: CBr4 < CHBr3 < CH2Br2 < CH2Cl2 < CH3Cl < CH4
6) La hidracina, H2N­NH2, tiene un punto de ebullición normal de 113,5 ºC. ¿Cree que el enlace de hidrógeno es una fuerza intermolecular importante en la hidracina? Justifíquelo.
R: Si, hierve a una temperatura alta.
7) El benzaldehído, C6H5CHO, tiene un punto de ebullición normal (1 atm) de 179,0 ºC y el punto crítico está a 422 ºC y 45,9 atm. Estime la presión de vapor a 100,0 ºC.
R: 0,099 atm
8) Dos ollas con agua están en diferentes hornillas de una cocina. Una olla está hirviendo vigorosamente mientras que la otra lo hace suavemente. ¿Que puede decirse acerca de la temperatura del agua de las dos ollas?
R: La temperatura del agua es la misma en los dos recipientes
9) Dos recipientes con agua, uno grande y otro pequeño, están a la misma temperatura. ¿Qué puede decirse acerca de las presiones de vapores relativas del agua en los dos recipientes?
R: La presión de vapor no depende ni del volumen ni del área total del líquido. A una misma temperatura la presión de vapor es la misma.
10) La trimetilamina (figura), y la propilamina (CH3CH2CH2NH2) poseen un fuerte olor. Explique porque la propilamina tiene una menor presión de vapor que la trimetilamina.
R: En la propilamina se presentan puentes de hidrógeno mientras que en la trimetilamina no, también la forma alargada de la propilamina permite mayores interacciones de fuerzas de dispersión. Las fuerzas intermoleculares mayores traen como consecuencia una menor presión de vapor.
· Diagramas de fase:
1) ¿Qué sucede con la temperatura crítica de una serie de compuesto cuando la fuerza de atracción entre las moléculas aumenta?
R: Aumenta
2) Una muestra de hielo se mantiene a 1 atm y a una temperatura representada por el punto P (ver figura). Describa lo que sucede cuando a) aumenta la temperatura a presión constante, hasta el punto R y b) aumenta la presión a temperatura constante, hasta el punto Q. 3) Describa con todos los detalles posibles, los cambios de fase que se producen si una muestra de agua, representada por el punto R (en la figura anterior) se llevara al punto P y luego al punto Q. 4) Se quiere enfriar un bote de refresco rápidamente en el compartimiento del congelador de un refrigerador. Cuando se saca el bote, el refresco está todavía líquido pero cuando se abre, el refresco congela inmediatamente. Explique por qué sucede esto.
R: El líquido subenfriado solidifica.
5) En un diagrama de fases, ¿por qué la línea que separa las fases gaseosa y líquida termina en lugar de seguir hasta presiones y temperaturas infinitas?
R: La línia de líquido y gas de un diagrama de fases termina en el punto crítico, que corresponde a la temperatura y presión más allá de las cuales es imposible distinguir las fases gaseosas y líquidas.
6) Los puntos normales de fusión y de ebullición del xenón son ­112 ºC y – 107 ºC, respectivamente. Su punto triple está a – 121 ºC y 282 torr, y su punto crítico está a 16,6 ºC y 57,6 atm. a) Dibuje el diagrama de fases del Xe, mostrando los cuatro puntos dados aquí e indicando el área en que cada fase es estable. b) ¿Qué es más denso, Xe(s) o Xe(l)? Explique. c) Si Xe gaseoso se enfría bajo una presión externa de 100 torr, se condensará o se depositará? Explique. R: b) El Xe(s) es más denso que el Xe(l) porque la línea de sólido y líquido del diagrama de fases es normal; c) Al enfriar el Xe(g) a 100 torr se deposita el sólido porque 100 torr esta por debajo de la presión del punto triple.
· Propiedades de los sólidos:
1) Diga que tipo de sólidos son los siguientes compuestos y explique porque: a) Si; b) SiCl 4; c) CaCl2; d) Ag; e) SO2.
R: a) Sólido de red covalente; b) sólido de red covalente; c) sólido iónico: d) sólido metálico; e) sólico de red covalente.
2) ¿Que tipo de fuerzas atractivas existe entre las siguientes partículas a) cristales moleculares; b) cristales de red covalente; c) cristales iónicos; d) cristales metálicos?
R: a) Puentes de hidrogeno, dispersión de London y dipolo­dipolo; b) enlace covalente; c) enlace iónico; d) enlace metálico.
3) Para cada uno de los pares de sustancias, prediga cual tendrá el punto de fusión mas alto y diga porque: a) KBr, Br2; b) SiO2, CO2; c) Se, CO; d) NaF, MgF2.
R: a) KBr, ion­ion vs. dispersión; b) SiO2, red covalente vs. dispersión; c) Se, red covalente vs. dispersión; d) MgF2, cargas mas grandes, por lo tanto las fuerzas electrostáticas son mayores.
4) Tiene una sustancia blanca que sublima a 3000 °C; es un sólido no conductor de electricidad y es insoluble en agua ¿que tipo de sólido será (según el enlace que presente)?
R: El sólido puede ser iónico con baja solubilidad en agua o red covalente. Debido al elevado punto de sublimación probablemente se trate de un sólido tipo red covalente.