Características de las propiedades de los líquidos

INTRODUCCIÓN

En un líquido, las fuerzas intermoleculares son lo bastante intensas como para impedir que las partículas que forman el líquido se separen, pero no tienen el suficiente poder para mantenerlas fijas. Por eso, aunque los líquidos tienen un volumen constante, su forma no es fija, se adaptan al recipiente en el que están ubicados.

En el interior del líquido, todas las moléculas están rodeadas por otras moléculas de líquido que las atraen, como todas las fuerzas de atracción son iguales, es como si no se ejerciera ninguna fuerza sobre ellas, por lo que pueden deslizarse unas sobre otras libremente. En la superficie, las moléculas sólo están atraídas por las del interior del líquido, así que hay una fuerza neta sobre ellas que se manifiesta en la tensión superficial, la fuerza mantiene unida la superficie del líquido y hace que ésta se comporte como una membrana o lámina que hay que romper para penetrar en el líquido. Debido a la fortaleza de la tensión superficial, entrar en el seno del líquido cuesta algún trabajo que depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares y algunos insectos pequeños pueden moverse por la superficie del líquido sin hundirse en él. Es el caso del zapatero, una chinche acuática muy común en los estanques y aguas tranquilas de Europa.

Características del estado líquido

A nivel microscópico el estado líquido se caracteriza porque la distancia entre las moléculas es sensiblemente inferior a la de los gases. Mientras que en un gas la distancia intermolecular media es igual o mayor que diez veces el tamaño de la molécula, en un líquido viene a ser del mismo orden de magnitud que el diámetro molecular, y sólo un poco mayor que en los sólidos. Eso explica que la densidad de los líquidos sea, salvo algunas excepciones, sólo algo inferior a la de los sólidos.

La proximidad entre las moléculas hace que se dejen sentir fuerzas atractivas de interacción, que evitan que una molécula pueda «escaparse» de la influencia del resto, como sucede en el estado gaseoso, pero que les permite moverse deslizándose unas sobre otras. Por esta razón los líquidos no poseen forma propia, sino que se adaptan a la del recipiente que los contiene, es decir, pueden fluir. Sin embargo, el hecho de que las moléculas estén ya suficientemente próximas hace de los líquidos fluidos prácticamente incompresibles. Toda compresión lleva consigo una disminución de la distancia intermolecular, y si ésta fuera apreciable entrarían en juego las fuerzas repulsivas entre los núcleos atómicos que se opondrían a dicha compresión y la neutralizarían.

Evaporización y condensación

Constituyen dos procesos inversos de cambio de estado. La evaporización es el paso de una sustancia de la fase líquida a la fase de vapor o fase gaseosa. La condensación es la transición de sentido contrario. Cuando la evaporización se efectúa en el aire recibe el nombre de evaporación. La evaporación afecta principalmente a las moléculas de la superficie del líquido.

En la superficie cada molécula está rodeada por un menor número de sus compañeras; ello hace que puedan vencer con más facilidad las fuerzas atractivas del resto del líquido e incorporarse al aire como vapor. De ahí que cuanto mayor sea la superficie libre del líquido tanto más rápida será su evaporación.

El aumento de temperatura activa este proceso. Para cada valor de la presión exterior existe una temperatura para la cual la vaporización se vuelve violenta, afectando a todo el líquido y no sólo a su superficie. Esta forma tumultuosa de vaporización se denomina ebullición. El punto de ebullición de un líquido depende de las condiciones de presión exterior, siendo tanto más elevado cuanto mayor sea ésta. Este proceso de vaporización no debe ser confundido con la ebullición:

Ebullición Vaporización

Se produce a una temperatura determinada (punto de ebullición). Se produce a cualquier temperatura.

Afecta a todo el líquido. Afecta a la superficie del líquido.

Se efectúa de forma tumultuosa. No cambia la apariencia tranquila del líquido.

Todo proceso de vaporización implica la absorción de calor por parte del líquido respecto del entorno. La cantidad de calor necesaria para transformar la unidad de masa de un líquido en vapor, a la temperatura de ebullición, se denomina calor de vaporización ∆Hv. En el agua ∆Hv vale 540 cal/g o, en unidades S.l.: 22,57 • 105 J/kg.

La condensación como transición de vapor a líquido se lleva a efecto invirtiendo las condiciones que favorecen la vaporización. Así, mientras que la disminución de la presión exterior facilita la vaporización, la compresión del vapor formado facilita la condensación; el aumento de temperatura de un líquido provoca su vaporización e, inversamente, el enfriamiento del vapor favorece su condensación.

En términos moleculares, tanto el aumento de presión como la disminución de la temperatura del vapor reducen la distancia media de las moléculas y hacen posible su unión. Se incluyen puntos de fusión y ebullición normales de algunas sustancias:

Sustancia Punto de fusión (ºC) Punto de ebullición (ºC)

Agua 0 100

Alcohol -117 78

Hierro 1539 2750

Cobre 1083 2600

Aluminio 660 2400

Plomo 328 1750

Mercurio -39 357

Presión de vapor

La presión de vapor es la presión de un sistema cuando el sólido o líquido se hallan en equilibrio con su vapor. Los vapores y los gases, tienden a ocupar el mayor volumen posible y ejercen así sobre las paredes de los recintos que los contienen, una presión también llamada, fuerza elástica o tensión. Para determinar un valor sobre esta presión se divide la fuerza total por la superficie en contacto.

La presión del vapor de un líquido puro es función única de la temperatura de saturación. Vemos pues que la presión de vapor en la mayoría de los casos se puede expresar como

Pvp = f (t)

La cual podría estar relacionada con cualquier otra propiedad intensiva de un líquido saturado ( o vapor), pero es mucho mejor relacionarla directamente con la temperatura de saturación.

La presión de vapor de un líquido se relaciona con la temperatura por medio de la ecuación

...