La temperatura

La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas que lo componen su cuerpo).

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo inducido o puentes de hidrógeno)

El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (4.2 kPa) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (6300 kPa).

PUNTO DE FUSIÓN

El punto de fusión es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido - líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el Agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 °C a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.

A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión de una sustancia es poco afectado por la presión y, por lo tanto, pueden ser utilizado para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar su pureza.

El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña de variación que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impura sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama de variación. Eventualmente, se alcanza un punto de fusión mínimo. El cociente de la mezcla que da lugar al punto de fusión posible más bajo se conoce como el punto eutéctico, perteneciente a cada átomo de temperatura de la sustancia a la cual se someta a fusión.1

El punto de fusión de un compuesto puro, en muchos casos se da con una sola temperatura, ya que el intervalo de fusión puede ser muy pequeño (menor a 1º). En cambio, si hay impurezas, éstas provocan que el punto de fusión disminuya y el intervalo de fusión se amplíe. Por ejemplo: el punto de fusión del ácido benzoico impuro podría ser:

pf = 117 – 120º

CURVA DE ENFRIAMIENTO

Las curvas de enfriamiento son una representación gráfica de la temperatura de un material frente al tiempo conforme este se enfria.

Imaginemos que se tiene un recipiente con vapor de agua y lo ponemos en un congelador a -20ºC. Por supuesto disponemos de un termómetro y de un aparato (hacerlo a mano es engorroso) que le registra una temperatura cada segundo (por ejemplo). Si usted hace esa representación Temperatura-Tiempo obtendrá una curva de enfriamiento.

La gran ventaja de estas curvas es que permiten estudiar lo que sucede, como se comporta la materia que está enfriando.

Siguiendo con el ejemplo. Al comenzar a enfriar el vapor la temperatura irá disminuyendo progresivamente hasta que llegue a 100ºC. En ese momento la temperatura deja de descencer y durante un tiempo se mantiene constante: lo que está sucediendo es que se está formando el agua líquida y que se está desprendiendo el calor latente de vaporización. Una vez que se ha convertido todo el vapor en agua, la temperatura continuará disminuyendo, aunque ahora con una pendiente diferente a cuando era el vapor lo que se enfría. Nuevamente la temperatura disminuirá hasta llegar a 0ºC donde se volverá a mantener constante durante un tiempo. Eso indica que se está formando el hielo y se está liberando el calor latente de fusión. Cuando se forme todo el hielo, la temperatura seguirá descendiendo hasta -10ºC.

Realmente las curvas de enfriamiento son mucho más complejas puesto que al enfriar más o menos rápidamente se producen fenómenos de subenfriamiento y de recalescencia que hacen que donde la curva debería ser plana aparece curvada.

Estas curvas dan mucha información sobre los cambios de fases y el comportan los materiales.

SOLUTO

Una solución es una mezcla con características homogéneas formada por, al menos, dos sustancias. El soluto es la sustancia que, por lo general, se encuentra en menor cantidad y que se disuelve en la mezcla.

La concentración de la solución señala la relación que existe entre la cantidad de solvente y la cantidad de soluto. Es importante destacar que las propiedades químicas del solvente y del soluto no sufren modificaciones en la solución.

El soluto suele ser un sólido que se contiene en una solución líquida. La solubilidad está vinculada en gran parte de su polaridad. Los compuestos moleculares polares y los compuestos iónicos cuentan con la propiedad de la solubilidad en disolventes con características polares (entre los que pueden mencionarse el etanol y el H2O). Los compuestos moleculares apolares, en cambio, son solubles en disolventes apolares (como el éter).

La solubilidad está vinculada a qué tan capaz resulta una sustancia para disolverse en otra (es decir, su capacidad para actuar como soluto). Esta medida suele reflejarse en gramos por litro, moles por litro e incluso en porcentaje de soluto.

Además de todo lo expuesto tenemos que establecer que el término soluto es empleado con mucha frecuencia en materia de movimiento de agua, y en concreto en dos fenómenos que se conocen como flujo global y difusión. Así, se establece que, por ejemplo, en el primer caso que se da en seres vivos dicho flujo lo que hace es mover no sólo el agua sino también los solutos de una parte de un organismo multitucelular a otra.

Por el contrario, en lo que es la difusión los solutos, las moléculas y los iones se mueven hacia fuera, hacia dentro y a través de la propia célula.

Es importante tener en cuenta que un soluto puede ser sólido, líquido o gaseoso. El azúcar es un ejemplo de un soluto sólido que se disuelve en agua. El agua también es solvente cuando se mezcla con el etanol, que actúa como soluto líquido en este caso. Otro ejemplo de soluto que se disuelve en agua es el anhídrido carbónico, un gas que se emplea en las bebidas carbónicas. Esto muestra que los solutos pueden aparecer en cualquier estado de agregación de la materia.

SOLVENTE

Un disolvente o solvente es una sustancia que permite la dispersión de otra sustancia en esta a nivel molecular o iónico. Es el medio dispersante de la disolución. Normalmente, el disolvente establece el estado físico de la disolución, por lo que se dice que el disolvente es el componente de una disolución que está en el mismo estado físico que la misma. Además, también se podría decir que es la sustancia que disuelve al soluto y que se encuentra en mayor proporción.

Los disolventes forman parte de múltiples aplicaciones: adhesivos, componentes en las pinturas, productos farmaceúticos, para la elaboración de materiales sintéticos, etc.

Las moléculas de disolvente ejercen su acción al interaccionar con las de soluto y rodearlas. Se conoce como solvatación. Solutos polares serán disueltos por disolventes polares al establecerse interacciones electrostáticas entre los dipolos. Los solutos apolares disuelven las sustancias apolares por interacciones entre dipolos inducidos.

El agua es habitualmente denominada el disolvente universal por la gran cantidad de sustancias sobre las que puede actuar como disolvente.

PROPIEDADES COLIGATIVAS

Las propiedades coligativas son propiedades físicas que van a depender del número de partículas de soluto en una cantidad determinada de disolvente o solvente

La presión de vapor:

Esta propiedad esta reflejada en la Ley de Raoult, un científico francés, Francois Raoult quien enunció el siguiente principio: “La disminución de la presión del disolvente es proporcional a la fracción molar de soluto disuelto”.

Este principio ha sido demostrado mediante experimentos en los que se observa que las soluciones que contienen líquidos no volátiles o solutos sólidos, siempre tienen presiones más bajas que los solventes puros.

Las soluciones que obedecen a esta relación exacta se conocen como soluciones ideales. Las presiones de vapor de muchas soluciones no se comportan idealmente.

Punto de ebullición y de congelación:

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor se iguala a la presión aplicada en su superficie. Para los líquidos en recipientes abiertos, ésta es la presión atmosférica. La presencia de moléculas de un soluto no volátil en una solución ocasiona la elevación en el punto de ebullición de la solución. Esto debido a que las moléculas de soluto al retardar la evaporación de las moléculas

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