Estructura y propiedades de los líquidos. Modelo cinético molecular de los líquidos.

un liquido está formado por moléculas que están en movimiento constante y desordenado, y cada una de ellas chocan miles de millones de veces en un lapso muy pequeño. Pero, las intensas fuerzas de atracción entre cada molécula, o enlaces de hidrogeno llamados dipolo-dipolo, eluden el movimiento libre, además de producir una cercanía menor que en la que existe en un gas entre sus moléculas. Además de esto, los líquidos presentan características que los colocan entre el estado gaseoso completamente caótico y desordenado, y por otra parte al estado sólido de un liquido (congelado) se le llama ordenado. Por lo tanto podemos mencionar los tres estados del agua (liquido universal), sólido, gaseoso y liquido.

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El  ángulo entre los enlaces H-O-H   es  de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan  parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.
Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.En el ESTADO LIQUIDO las moléculas están más separadas y se mueven de manera que pueden cambiar sus posiciones, pero las fuerzas de cohesión, aunque son manos intensas que en el estado sólido, impiden que las moléculas puedan independizarse.

Propiedades del agua: Puntos de fusión ebullición. Densidad. Capacidad calorífica. Calores latentes de fusión y de evaporación. Tensión superficial. Poder disolvente.

-La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad característica de cada sustancia, punto de ebullición del agua es de 100 ºC
-al cambio de estado, donde el agua pasa del estado sólido (hielo) al estado líquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, se le conoce con el nombre de punto de fusión.el punto de fusión del agua es de 0 ºC
-La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión.
A la presión normal (1 atmósfera), el agua líquida tiene una mínima densidad a los 100 °C, donde tiene 0,958 kg/L. Mientras baja la temperatura, aumenta la densidad (por ejemplo, a 90 °C tiene 0,965 kg/L) y ese aumento es constante hasta llegar a los 4,0 °C donde alcanza una densidad de 1 kg/L.
-El agua posee una capacidad calorífica muy elevada, es necesaria una gran cantidad de calor para elevar su temperatura 1.0 °K.
-una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a

Q=mL

donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase.

para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334·10³ J/kg. Para que cambie de líquido a vapor a 100 ºC se precisan 2260·10³ J/kg.  

Composición del agua: electrólisis y síntesis.

ELECTROLISIS
Es un proceso por el cual se separan los elementos que lo componen por medio de la electriocidad:

• Se aplica una corriente eléctrica contínua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en la disolución. El electrodo conectado al polo positivo se conoce como anodo y el conectado al negativo como catodo.

• Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones negativos, o de aniones, son atraídos y se desplazan hacia el ánodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atraídos y se desplazan hacia el cátodo (electrodo negativo).
• La fuente de alimentacion electrica aporta la energia adecuada para separar los iones y aumentar y aumentar su consentracion en los electrodos. En los electrodos se produce una transferencia de electrones y los iones creando asi nuevas sustancias; lo que ocurre es una reacción de oxidacion-reduccion, donde la fuente de alimentación eléctrica se encarga de aportar la energía necesaria.

La electrólisis del agua nos permite:

• Comprobar que el agua es un compuesto de hidrógeno y oxígeno.
• Ver la relación en la que se encuentran estos gases: 2 volúmenes de hidrogeno por 1 de oxígeno. ¡Lafamosa H₂O!
• Comprender la diferencia entre reacciones endotérmicas y exotérmicas. 

SINTESIS

Se basa en el analisis retrocintetico, aportado por el quimico Elias James Corey.

esta tecnica es planificada hacia atras, es decir partiendo del punto final hasta llegar a los compuestos de partida asequibles mediante una serie de pasos donde las estructuras precursoras son cada vez mas sencillas.
Los reactivos y condiciones de cada una de estas reacciones necesitan ser considerados para dar un producto puro y con un buen rendimiento,estos serán producidos normalmente usando métodos generales de síntesis. Para ser útiles estos métodos han de dar un rendimiento alto y ser aplicables a un amplio rango de sustratos.

Tipos de Sintesis
Sintesis parcial: El objetivo principal es el proceso de desarrollos de metodos mas eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas, permite tambien la obtencion de productos que no exixsten de forma natural.
Sintesis Parcial: Es utilizada cuando es una mejor alternativa que la sintesisi total; en este proceso se parte de un producto natural que no ha sido sintetizado, un ejemplo es la sintesis del LSD.

Estructura molecular del agua: Enlaces covalentes. Moléculas polares y no polares. Puentes de hidrógeno.

 

 La molecula de agua esta formada por dos atomos de H unidos a un átomo de O2 por medio de dos enlaces covalentes. El  ángulo entre los enlaces H-O-H   es  de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

La molecula de agua aunque tenga una carga total neutra, presenta una distribucion asimetrica de sus electrones lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan  parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces por puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.
Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades fisicoquímicas.

ENLACES COVALENTES

El enlace covalente ocurre porque los átomos en el compuesto tienen una tendencia similar hacia los electrones (generalmente para ganar electrones). Esto ocurre comúnmente cuando dos no metales se enlazan. Ya que ninguno de los no elementos que participan en el enlace querrán ganar electrones, estos elementos compartirán electrones para poder llenar sus envolturas de valencia;debido a que los  electrones están compartidos en molecula covalentes, no se forman cargas iónicas. Por consiguiente, no hay fuerzas intermoleculares fuertes en los compuestos covalentes tal como las hay en las moléculas iónicas. Como resultado, muchos compuestos iónicos son gases o líquidos a temperatura ambiente en vez de sólidos como los compuestos iónicos en las moléculas covalentes que tienden a tener una atracción intermolecular más debil. Igualmente, al contrario de los compuestos iónicos, los compuestos covalentes existen como verdaderas moléculas. 

Poer ejemplo: 

El átomo de carbono forma como máximo cuatro enlaces covalentes compartiendo electrones con otros átomos. Dos carbonos pueden compartir dos, cuatro o seis electrones:

 MOLECULAS POLARES Y NO POLARES

Al formarse una molécula de modocovalente el par de electrones tiende a desplazarse hacia el atomo que tiene mayor electronegatividad. Esto origina una densidad de carga desigual entre los núcleos que forman el enlace (se forma un dipolo electrico). El enlace es más polar cuanto mayor sea la diferencia entre las electronegatividades de los átomos que se enlazan; así pues, dos átomos iguales atraerán al par de electrones covalente con la misma fuerza y los electrones permanecerán en el centro haciendo que el enlace sea apolar. No siempre se requiere de una molecula polar, por lo que es necesario determinar un parametro fisico llamado momento dipolar electrico del dipolo electrico. Se define como una magnitud vegtorial con módulo igual al producto de la carga q por la distancia que las separa d, cuya dirección es la recta que las une, y cuyo sentido va de la carga negativa a la positiva. Esta magnitud es, por tanto, un vector; y la polaridad será la suma vectorial de los momentos dipolares de los enlaces.

En moléculas diatómicas son apolares las moléculas formadas por un solo elemento o elementos con diferencia de electronegatividad muy reducida;Serán también apolares las moléculas simétricas por el mismo motivo. El agua,por ejemplo, ya mencionada anteriormente, es una molécula fuertemente polar ya que los momentos dipolares de los enlaces dispuestos en "V" se suman ofreciendo una densidad de carga negativa en el oxigeno y dejando los hodrogenos casi sin electrones.

moleculas no polares:

 


PUENTES DE HIDROGENO

Es un enlace que se establece entre moléculas capaces de generar cargas parciales. El agua, es la sustancia en donde los puentes de hidrógeno son más efectivos, en su molécula, los electrones que intervienen en sus enlaces, están más cerca del oxígeno que de los hidrógenos y por esto se generan dos cargas parciales negativas en el extremo donde está el oxígeno y dos cargas  parciales positivas en el extremo donde se encuentran los hidrógenos. La presencia de cargas parciales positivas y negativas hace que las moléculas de agua se comporten como imanes en los que las partes con carga parcial positiva atraen a las partes con cargas parciales negativas. De tal suerte que una sola molécula de agua puede unirse a otras  4 moléculas de agua a través de 4 puentes de hidrógeno. Esta característica es la que  hace al agua un líquido muy especial.

Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos electronegativos. Cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a una átomo electronegativo, ej.  Oxígeno o Nitrógeno, asume una densidad (d) de carga positiva, debido a la elevada electronegatividad del átomo vecino. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno o Nitrógeno; el puente de Hidrógeno es relativamente débil entre -20 y -30 kJ mol^-1, la fuerza de enlace aumenta al aumentar la electronegatividad y disminuye con el tamaño de los átomos participantes. Por tanto, el puente de Hidrógeno existe en numerosas moléculas no solo en el agua. Aquí solo se tratará lo referente al agua.

La estructura del agua favorece las interacciones para formar puentes de Hidrógeno, el arreglo siempre es perpendicular entre las moléculas participantes, además, es favorecido por que cada protón unido a un Oxígeno muy electronegativo encuentra un electrón no compartido con el que interactúa uno a uno.  De lo anterior se concluye que cada átomo d Oxígeno en el agua interacciona con 4 protones, dos de ellos unidos covalentemente y dos a través de puentes de Hidrógeno.

La distancia entre los átomos de Oxígeno que intervienen en el puente de Hidrógeno, están separados por 0.28 nm lo que indica un arreglo tetraédrico de las moléculas de agua, además los puentes de Hidrógeno:
 

Regulación del clima.

Es evidente que la atmósfera terrestre, a diferencia de la de los planetas vecinos, tiene una composición termodinámicamente inestable, que si mantiene una mezcla de especies químicas reducidas y oxidadas en profundo desequilibrio es gracias al intercambio constante de gases entre la biosfera (los organismos vivos) y la atmósfera. No se trata simplemente de que muchos organismos vivan gracias a su capacidad de obtener de la atmósfera sustancias esenciales para las funciones de supervivencia y desarrollo, sino que la vida ha determinado activamente y desde siempre la composición química de la atmósfera, y los fenómenos que derivan de ésta. La composición de la atmósfera tiene una influencia fundamental sobre la cantidad y calidad de la radiación que llega a, y escapa de, la superficie terrestre (ultravioleta, onda larga) y sobre el clima (régimen hidrológico, de temperatura, de movimientos de masas de aire). Bastante lo hemos oído últimamente, desde que los humanos nos hemos dado cuenta de que nuestra transformación de la composición atmosférica, por lo rápida e intensa, está causando efectos todavía poco conocidos de calentamiento global (debido al llamado efecto invernadero) y de aumento de la radiación ultravioleta (debido al agujero de capa de ozono), por mencionar los dos fenómenos más tristemente famosos.

La actividad humana aparece como un factor de cambio ambiental ‘añadido’ que se superpone a la evolución, digamos natural, de los intercambios entre biosfera y atmósfera. Para determinar el alcance de dicho cambio ‘añadido’ es necesario un conocimiento profundo de los mecanismos que rigen el complejo control climático de la Tierra, y de qué manera dichos mecanismos responden a variaciones sin precedentes por su intensidad y rapidez. 
El clima de la Tierra es capaz de sustentar la vida, en gran medida por el efecto invernadero atmosferico y el trabajo del ciclo hidrologico. El agua en fase gaseosa, vapor de agua es un elemento clave en ambos.

El ciclo hidrologico describe el movimiento de agua en las tres fases, dentro y entre la atmosfera de la tierra, oceanos y continentes.
En fase vapor, el agua se mueve rapidamente a traves de la atmosfera y redistribuye la energia asociada con su evaporacion y recondensacion. El movimiento del vapor de agua a traves del ciclo hidrologico esta fuertemente ligado a las lluvias y humedad del suelo, lo cual tiene importantes implicaciones practicas
La operacion basica del ciclo hidrologico es bien conocida, pero algunos detalles son poco entendidos, principalmente porque no tenemos suficientes buenas observaciones del vapor de agua.

Hay muchos gases invernadero atmosferico, Algunos que ocurren naturalmente y otros resultantes de la actividad industrial. Pero, probablemente el mas importante de los gases invernadero,es el vapor de agua. El vapor de agua esta involucrado en un importante circulo de realimentacion del clima. A medida que la temperatura de la Tierra y la atmosfera aumenta. La atmosfera es capaz de contener mas vapor de agua. Este vapor adicional, actua como un gas invernadero absorbiendo energia que de lo contrario escaparia al espacio produciendo mas calentamiento. Esta ilustracion básica esta complicada por importantes interacciones entre el vapor de agua, nubes, movimiento atmosferico, y radiaciones tanto Solares como terrestres.
Hay algunos aspectos del rol del vapor de agua como un gas invernadero que no son bien entendidos, debidos otra vez, a la falta de observaciones necesarias para probar los modelos teoricos.

Soluciones. Concentración en por ciento y molar.

% EN PESO

El tanto por ciento en peso como su nombre indica es una relación entre pesos expresada en porcentajes como podemos ver en su fórmula.
En el tanto por ciento en peso relacionamos la masa de soluto que utilizamos con la masa de la disolución que obtenemos.
La definición de tanto por ciento en peso es la siguiente:
Relación entre la masa del soluto y la masa de la disolución multiplicado por cien. Nos indica en número de gramos presentes en una disolución.

MOLARIDAD
Igual que advertimos en el siguiente apartado de molalidad, debo recordaros la fácil confusión que tienen los términos de molalidad y molaridad, los cuales nunca debéis confundirlos.
En la molaridad ponemos en juego los moles de soluto que añadimos a la mezcla con el volumen de la disolución en la que vertemos el soluto.
La molaridad  también es utilizada en otra medida como es la fracción molar por lo que es doblemente utilizada en cuanto a la medida de la concentración.
La definición de molaridad es la siguiente:
Definición: relación entre el número de moles de soluto y el de litros de disolución. (M)

FRACCION MOLAR
La fracción molar es una forma más de establecer una medida de la concentración.
Esta particular medida nos obliga de antemano a conocer los moles de cada elemento que mezclamos.
En la fracción molar relacionamos los moles del soluto con el que trabajamos con los moles de disolvente tenemos, con lo que se anulan los moles.
Si no recuerdas como se hallaba la molaridad puedes volver a la página de molaridad y en ella podrás recordar como se hacía.
La definición de fracción molar es la siguiente:  
Relación entre el número de partículas de un componente y el número de moles de una disolución.
La fracción molar da como resultado una cantidad o un número adimensional. No tiene unidades.

       

  Molalidad

En primer lugar debemos advertiros que molalidad no es lo mismo que molaridad por lo que hay que tener cuidado con confundirlas puesto que el nombre es muy parecido pero en realidad cambian mucho los cálculos y estamos ante un grave error pero muy frecuente. En la molalidad ponemos en relación la molaridad del soluto con el que estamos trabajando con la masa del disolvente que utilizamos.La definición de molaridad es la siguiente: Relación entre l número de moles de soluto por kilogramos de disolvente (m)

 

NORMALIDAD

Esta es una de las medidas de concentración menos utilizada.Se define como la relación entre el número de equivalentes-gramo (eq-g) de soluto y el de litros de disolución (n)