Objetivos:

 

• Definir el concepto de sublimación.

• Interpretar el diagrama del punto triple.

• Definir a los sólidos cristalinos, red cristalina y celda unitaria. 

• Definir los tipos de slidos cristalinos y redes cristalinas.

• Explicar el proceso de la cristalización.

• Seleccionar el disolvente adecuado de acuerdo a sus caracteristicas.

• Purificar el alcanfor por cristalización, empleando un disolvente.  

 

Diagrama de Bloques:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Introducción Teorica:

 

• Estado sólido:

 

Los objetos en estado sólido se presentan como cuerpos de forma definida; sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras estrechas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión. En los sólidos cristalinos, la presencia de espacios intermoleculares pequeños da paso a la intervención de las fuerzas de enlace, que ubican a las celdillas en formas geométricas. En los amorfos o vítreos, por el contrario, las partículas que los constituyen carecen de una estructura ordenada.

 

Las sustancias en estado sólido suelen presentar algunas de las siguientes características: cohesión elevada, tienen una forma definida y memoria de forma, presentando fuerzas elásticas restitutivas si se deforman fuera de su configuración original, a efectos prácticos son Incompresibles, resistencia a la fragmentación, fluidez muy baja o nula,   algunos de ellos se subliman.

 

• Estado líquido:

 

Si se incrementa la temperatura, el sólido va perdiendo forma hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido. Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe cierta unión entre los átomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los sólidos.

 

El estado líquido presenta las siguientes características:cohesión menor, 

movimiento energía cinética, son fluidos, no poseen forma definida, ni memoria de forma por lo que toman la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene, en el frío se contrae (exceptuando el agua),

posee fluidez a través de pequeños orificios, puede presentar difusión,

son poco compresibles.

 

• Estado gaseoso:

 

Incrementando aún más la temperatura, se alcanza el estado gaseoso. Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.

 

El estado gaseoso presenta las siguientes características: cohesión casi nula, no tienen forma definida, su volumen es variable.

 

• Plasma:

 

Es el cuarto estado de agregación de la materia y que está constituido por un fluido obtenido mediante la casi completa ionización de un gas, inicialmente neutro, a temperaturas muy elevadas.

 

Dicho fluido contiene proporciones prácticamente iguales de electrones negativos y de iones positivos (cationes), por lo que en grandes volúmenes es casi neutro y conduce excelentemente la electricidad. Además, en su interior se encuentran cantidades pequeñas (nunca superiores a 1 %) de moléculas neutras (neutrones).

 

Es un gas en el que los átomos se han roto, perdiendo electrones y quedando con una carga eléctrica positiva, y están moviéndose libremente.

 

Si bien dicho estado de agregación no se da naturalmente en la Tierra, salvo en los relámpagos (que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las moléculas de aire están ionizadas aproximadamente en un 20%) y en algunas zonas de las llamas, se considera que la inmensa mayoría de la materia del universo se presenta en él.

La producción de un plasma puede efectuarse por tres caminos diferentes:

 

  1.  Mediante fuertes descargas eléctricas (disparos) y calentamiento de los elementos que rodean al gas neutro inicial.

  2.Calentando simplemente dicho gas hasta temperaturas próximas a los 7.000° C y

  3. Aprovechando la ionización producida por los rayos muy energéticos (rayos x y gamma) en los gases enrarecidos.

 

• Condensado de Bose-Einstein:

 

Esta nueva forma de la materia fue obtenida el 5 de julio de 1995, por los físicos Eric Cornell, Wolfgan Ketterle y Carl Wieman, por lo que fueron galardonados en 2001 con el Premio Nobel de física. Los científicos lograron enfriar los átomos a una temperatura 300 veces más baja de lo que se había logrado anteriormente. Se le ha llamado "BEC, Bose - Einstein Condensado" y es tan frío y denso que aseguran que los átomos pueden quedar inmóviles. Todavía no se sabe cuál será el mejor uso que se le pueda dar a este descubrimiento. Este estado fue predicho por Nath Bose y Albert Einstein en 1926.

 

• Condensado de Fermi:

 

 

Es una nueva forma de materia creada en laboratorio. Es una nube de átomos de potasio congelados. Este condensado fue producido por primera vez a fines de 2003. 

 

Para crearlo, los científicos enfriaron gas de potasio hasta una millonésima de grado por encima del cero absoluto, que es la temperatura en la que la materia para de moverse. La diferencia de esta nueva clase de materia con los condensados Bosse Einstein radica en que la primera está formada por fermiones y la segunda, por bosones.
 

Los bosones son átomos cuyos electrones, protones y neutrones se encuentran en pares mientras que los fermiones los poseen en número impar.

 

Los investigadores confinaron el gas en una cámara al vacío y utilizaron campos magnéticos y luz láser para manipular los átomos de potasio. El campo hace que los átomos solitarios se emparejen y su unión pueda ser controlada ajustando el campo magnético. Cada par puede unirse a otro par, y al seguir la cadena, formar el condensado fermiónico. Este gas súper congelado es considerado como el paso inmediato anterior para lograr un superconductor (que permitiría conducir electricidad sin perder parte de la energía,

 

• Supersólido

 

Este material es un sólido en el sentido de que la totalidad de los átomos del helio-(4) que lo componen están congelados en una película cristalina rígida, de forma similar a como lo están los átomos y las moléculas en un sólido normal como el hielo. La diferencia es que, en este caso, “congelado” no significa “estacionario”.

 

Como la película de helio-4 es tan fría (apenas una décima de grado sobre el cero absoluto), comienzan a imperar las leyes de incertidumbre cuántica. En efecto, los átomos de helio comienzan a comportarse como si fueran sólidos y fluidos a la vez. De hecho, en las circunstancias adecuadas, una fracción de los átomos de helio comienza a moverse a través de la película como una sustancia conocida como “súper-fluido”, un líquido que se mueve sin ninguna fricción. De ahí su nombre de “súper-sólido”.

 

Se demuestra que las partículas de helio aplicadas a temperaturas cercanas al 0 absoluto cambian el momento de inercia y un sólido se convierte en un supersólido lo que previamente aparece como un estado de la materia.

 

• Superlíquido o superfluido

 

Es un estado de la materia caracterizado por la ausencia total de viscosidad (lo cual lo diferencia de una sustancia muy fluida, la cual tendría una viscosidad próxima a cero, pero no exactamente igual a cero), de manera que, en un circuito cerrado, fluiría interminablemente sin fricción. Fue descubierta en 1937 por Piotr Kapitsa, John F. Allen y Don Misener, y a su estudio se lo llama hidrodinámica cuántica.

 

Es un fenómeno físico que tiene lugar a muy bajas temperaturas, cerca del cero absoluto, límite en el que cesa toda actividad. Un inconveniente es que casi todos los elementos se congelan a esas temperaturas. Pero hay una excepción: el helio. Existen dos isótopos estables del helio, el helio-4 (que es muy común) y el helio-3 (que es raro) y se produce en la desintegración beta del tritio en reactores nucleares. También se encuentra en la superficie de la Luna, arrastrado hasta allí por el viento solar.

 

Los dos isótopos se comportan de modos muy diferentes, lo cual sirve para examinar los efectos de las dos estadísticas cuánticas, la estadística de Fermi-Dirac, a la que obedecen las partículas de espín semi-entero, y la estadística de Bose-Einstein, seguida por las partículas de espín entero.

 

 

• Sublimación:

En química, es el cambio de una sustancia del estado sólido al vapor sin pasar por el estado líquido.
Algunas de las moléculas de un sólido pueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuerzas de cohesión y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre: el sólido se sublima. Inversamente, al chocar estas moléculas gaseosas contra la superficie del sólido, pueden quedar retenidas, condensándose el vapor. El equilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la de condensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor que depende de la naturaleza del sólido y de la temperatura.

 

• Solidificación:

La solidificación es un proceso que se logra de modo inverso a la fusión, y que se produce por el enfriamiento de los líquidos. El punto de fusión que es aquella temperatura por la cual el sólido pasa al estado líquido, es el mismo punto en que se produce el proceso inverso de solidificación.
 

Al sustraerse calor al líquido éste irá disminuyendo su temperatura, las partículas que lo componen tendrán cada vez menos movimiento, hasta que se ordenan, tomando una posición en la estructura  cristalina. Ese es el momento en que se opera la solidificación, y el líquido perderá su capacidad de fluir.

 

• Fusión:

De acuerdo a la teoría, se conoce como fusión al procedimiento de carácter físico que implica un cambio de estado en una materia que pasa de sólido a líquido. Al calentar la materia en estado sólido, tiene lugar una transferencia de energía a los átomos, que comienzan a vibrar con mayor rapidez.

 

• Condensación:

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La condensación es el cambio en la materia de una sustancia a una fase más densa, como por ejemplo de gas (o vapor) a líquido. La condensación generalmente ocurre cuando un vapor se enfría, pero también puede ocurrir si se comprime (es decir, si se aumenta la presión) o se somete a una combinación de refrigeración y compresión. Al vapor que ha sido condensado de un líquido se le llama condensado.

 

 

• Evaporacion:

El proceso de evaporación consiste en la eliminación de un líquido de una solución, suspensión o emulsión por tratamientos térmicos. Se dice entonces, que la solución, suspensión o emulsión se está concentrando, y para lograr dicho propósito debemos suministrar una fuente de calor externo.  Es una separación de componentes por efecto térmico, en donde se obtienen dos productos de distintas composiciones físico-químicas.

 

• Ionización:

El potencial de ionización es la energía que hay que suministrar a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental, para arrancarle el electrón más débil retenido.

Podemos expresarlo así:

Átomo neutro gaseoso + Energía -----> Ion positivo gaseoso + e -

Siendo esta energía la correspondiente a la primera ionización. El segundo potencial de ionización representa la energía precisa para sustraer el segundo electrón; este segundo potencial de ionización es siempre mayor que el primero, pues el volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza electrostática es mayor en el ion positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear.

El potencial o energía de ionización se expresa en electrón-voltio, julios o en Kilojulios por mol (kJ/mol).

1 eV = 1,6 . 10 -19 culombios . 1 voltio = 1,6 . 10 -19 julios

 

• Desionización:

Proceso que sirve para eliminar todas las sustancias ionizadas de una solución. Más comúnmente es un proceso de intercambio donde cationes y aniones son eliminados independientemente los unos de los otros.

 

• Enlace polar

En un enlace covalente polar uno de los átomos ejerce una atracción mayor sobre los electrones de enlace que otro. Esto depende de la electronegatividad de los átomos que se enlazan. Cuando la diferencia de electronegatividad entre los átomos de enlace está entre 0.5 y 2.0, la desigualdad con que se comparten los electrones no es tan grande como para que se produzca una transferencia completa de electrones; el átomo menos electronegativo aún tiene cierta atracción por los electrones compartidos.

• Enlace no polar

Cuando el enlace lo forman dos átomos del mismo elemento, la diferencia de electronegatividad es cero, entonces se forma un enlace covalente no polar. El enlace covalente no polar se presenta entre átomos del mismo elemento o entre átomos con muy poca diferencia de electronegatividad. Un ejemplo es la molécula de hidrógeno, la cual está formada por dos átomos del mismo elemento, por lo que su diferencia es cero. Otro ejemplo, pero con átomos diferentes, es el metano. La electronegatividad del carbono es 2.5 y la del hidrógeno es 2.1; la diferencia entre ellos es de 0.4 (menor de 0.5), por lo que el enlace se considera no polar. Además el metano es una molécula muy simétrica, por lo que las pequeñas diferencias de electronegatividad en sus cuatro enlaces se anulan entre sí.

 

Conclusión:

 

En conclusión nos dimos cuenta de dos cosas importantes que la sublimación es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido y que la capacidad de una sustancia dependerá por tanto de la presión de vapor a una temperatura determinada cuanto menor sea la diferencia entre la presión externa y la presión de vapor de una sustancia más fácilmente sublimará y eso lo pudimos comprobar cuando realizamos el experimento, cambiando la temperatura de frio a calor de la sustancia y notamos el cambio de estado. El otro proceso importante que realizamos en la practica fue el de cristalización es el más utilizado como técnica de purificación de sustancias sólidas que basa en el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en un determinado disolvente en caliente que en frío y que pudimos observar que consiste principalmente en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad posible del disolvente adecuado en caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización. De igual forma nos dimos cuenta que el proceso de enfriamiento se tenia que producir lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento. Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina. En los resultados obtenidos en el laboratorio nos dimos cuenta que las variaciones son debido a que la balanza no es muy exacta, entonces se pierde eficacia en el pesado por los cristales que quedan en el vaso de precipitados.