Fisicoquímica Experimental
1. ¿Cuáles son los estados de la materia?
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.
Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.
La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.
La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
- Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.
- Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.
- Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.
2. ¿Cuáles son las principales características de los gases?
Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos.
En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño. Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido.
Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión.
3. ¿Cuáles son las principales características de los sólidos y líquidos?
Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas. En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido. Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas.
Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad. En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad. En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).
4. ¿Cuál es el concepto de disolución?
Una solución es una mezcla homogénea de especies químicas dispersas a escala molecular. Según esta definición, una solución es una fase simple. Una solución puede ser gaseosa, sólida o líquida. El constituyente presente en mayor cantidad se conoce comúnmente como disolvente, mientras que aquellos constituyentes, uno o más, presentes en cantidades relativamente pequeñas se llaman solutos.
5. ¿Cómo se pueden expresar las concentraciones de las disoluciones?
Porcentaje en masa (m/m), porcentaje en volumen (V/V), porcentaje masa a volumen (m/V), partes por millón (ppm), formalidad (F), molaridad (M), molalidad (m), normalidad (N), fracción molar (X) y porcentaje molar (X%).
6. ¿Qué tipos de soluciones existen?
Gas en líquido, líquido en líquido, sólido en líquido, gas en gas, líquido en gas, sólido en gas, gas en sólido, líquido en sólido y sólido en sólido.
7. ¿Qué es la solubilidad?
La cantidad de una sustancia que se disuelve en otra depende de la naturaleza del soluto y del solvente, de la temperatura y la presión. En general, el efecto de la temperatura es muy pronunciado y su dirección depende del calor de solución. Si una sustancia se disuelve hasta la saturación, con desprendimiento de calor, la solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura. Por otra parte, si una sustancia se disuelve con absorción de calor, la solubilidad se incrementa cuando se eleva la temperatura.
8. ¿Qué dice la ecuación de los gases ideales?
El volumen de un gas depende de la presión, temperatura y número de moles.
9. ¿Qué es el punto de ebullición?
El punto de ebullición de una solución es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión externa.
10. ¿Cuáles son las propiedades coligativas de la materia?
a) El descenso de la presión de vapor del solvente.
b) El descenso del punto de congelación.
c) El aumento del punto de ebullición.
d) La presión osmótica.
11. ¿Qué son las propiedades coligativas de la materia?
Son aquellas que dependen únicamente del número de partículas en solución y de ninguna manera de la naturaleza de las mismas; este es el atributo esencial de los cuatro fenómenos mencionados antes, al menos en soluciones diluidas.
12. ¿Qué son las soluciones electrolíticas?
En las electrolíticas, el soluto se disocia en mayor o menor proporción en iones, incrementando así el número de partículas en solución. El comportamiento de ésta respecto a ciertas propiedades cambia y exige la modificación de las leyes simples deducidas para las soluciones no electrolíticas.
13. ¿Qué son las soluciones no electrolíticas?
En las no electrolíticas, el soluto disuelto permanece en forma molecular sin carga y no presenta tendencia a la disociación en iones con carga eléctrica.
14. ¿En qué consiste el descenso de la presión de vapor?
Un soluto disuelto hace descender la presión de vapor del líquido solvente en que se encuentra. Este descenso se comprende fácilmente si tomamos en cuenta la Ley de Raoult, que establece que la presión de vapor parcial del constituyente volátil de una solución es igual a la presión del vapor del constituyente puro multiplicada por la fracción molar de tal constituyente en la solución.
15. ¿En qué consiste el aumento del punto de ebullición?
Las soluciones que contienen solutos no volátiles hierven a temperaturas más elevadas que las del solvente puro. La diferencia entre los punto s de ebullición de la solución y del solvente para una presión constante establecida, se conoce como elevación del punto de ebullición, que depende de la naturaleza del solvente y la concentración del soluto, pero es independiente, por lo menos en soluciones diluidas, de la naturaleza del soluto en tanto éste no se ionice.
Este aumento es fácil de comprender en función de la disminución de la presión de vapor y es una consecuencia directa de ella.
16. ¿En qué consiste el descenso del punto de congelación?
Al enfriar una solución diluida, se alcanza eventualmente una temperatura en la cual el solvente sólido comienza a separarse. La temperatura en que comienza tal separación se conoce como punto de congelación de la solución, que de una manera más general se define como aquella temperatura en la cual una solución particular se halla en equilibrio con el solvente sólido.
Las soluciones se congelan a temperaturas menores que el solvente puro. El descenso del punto de congelación de una solución es, otra vez, una consecuencia directa de la disminución de la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto.
17. ¿Qué es ósmosis?
Cuando una solución de soluto se separa de un solvente puro mediante una membrana semipermeable; es decir, que permite el paso del solvente pero no del soluto, se observa que aquel tiende a pasar a través de la membrana a la solución, y de ahí a diluirlo.
18. ¿En qué consiste la presión osmótica?
Se llama presión osmótica de la solución a la presión mecánica que debe aplicarse sobre la solución para impedir la ósmosis del solvente hacia la solución a través de una membrana semipermeable.
19. ¿Cuál es la importancia de las propiedades coligativas de la materia?
Las propiedades coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las disciplinas científicas y tecnológicas, y su correcta aplicación permite:
A) Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación fraccionada.
B) Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes.
C) Determinar masas molares de solutos desconocidos.
D) Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo.
E) Formular caldos de cultivos adecuados para microorganismos específicos.
F) Formular soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general.
20. ¿Cuáles son las disoluciones isotónicas?
Son aquéllas que manifiestan la misma presión osmótica que la disolución de referencia.
- Estados de la materia. Dispnible en: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/estados1.htm. Consulta: diciembre 02, 2011.
- - Propiedades coligativas. Disponible en: http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm#po. Consulta: diciembre 02, 2011.
- - Propiedades coligativas. Disponible en: http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm#po. Consulta: diciembre 02, 2011.
- Maron S. H. y Prutton C. F. Fundamentos de fisicoquímica. 1982. Ed. Limusa México. p.p. 270-290; 319-334.
- Castellan G. W. Fisicoquímica. 1987. II ed. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana. p.p. 297-310.
- Propiedades coligativas de soluciones. Disponible en: http://www.radiodent.cl/quimica/propiedades_coligativas_de_soluciones.pdf. Consulta: diciembre 02, 2011.
- Propiedades coligativas de soluciones. Disponible en: http://www.radiodent.cl/quimica/propiedades_coligativas_de_soluciones.pdf. Consulta: diciembre 02, 2011.
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