Sólidos Líquidos y Gases

Sólidos, líquidos y gases en la Tabla Periódica

Antes de sumergirte en la tabla periódica, debes recordar que materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio. La unidad funcional de la materia es el átomo, al menos para la química. El tipo de materia más simple en química se llama elemento , ¡y un elemento sólo está compuesto por un tipo de átomo!

Veamos ahora la tabla periódica, que muestra el estado de los elementos en la naturaleza. A temperatura ambiente (25 °C) y en condiciones de presión estándar (1 atm), la mayoría de los elementos se encuentran en la naturaleza en estado sólido. Algunos no metales como el nitrógeno, el oxígeno, el flúor, el cloro y el hidrógeno se encuentran en estado gaseoso, mientras que el bromo y el mercurio se encuentran en estado líquido.

Ahora, vamos a sumergirnos en lo que son los sólidos, los líquidos y los gases.

Datos sobre sólidos, líquidos y gases

Los elementos pueden existir en tres estados de la materia: sólidos, líquidos y gaseosos. Las moléculas de estos estados de la materia difieren en sus propiedades físicas.

El estado de la materia de un elemento y la energía necesaria para pasar de un estado de la materia a otro están directamente relacionados con la fuerza de sus fuerzas intermoleculares.

Las fuerzas intermoleculares son responsables de influir en las propiedades físicas de un compuesto químico. Algunas de las propiedades físicas que pueden verse afectadas por estas fuerzas son los estados de la materia, la masa, la densidad, el volumen, la dureza, el punto de ebullición (PA) y el punto de fusión (PM).

Empecemos por los sólidos.

Sólidos

Los sólidos tienen una forma y un volumen fijos. No son compresibles porque sus partículas están muy juntas. También tienen una posición fija, y sólo pueden vibrar en su lugar. Los sólidos suelen tener fuertes fuerzas intermoleculares, y pueden clasificarse en sólidos cristalinos o amorfos.

Hay 4 tipos diferentes de sólidos cristalinos:

• Sólidos iónicos
• Sólidos moleculares
• Sólidos de red covalente
• Sólidos metálicos

Sólidos iónicos

Los sólidosiónicos tienen enlaces iónicos como fuerzas de atracción. Sus unidades más pequeñas son los iones. Los sólidos de esta categoría son quebradizos, duros y tienen puntos de fusión y ebullición elevados. Los sólidos iónicos sólo pueden conducir la electricidad en una solución acuosa o en estado fundido.

Sólidos moleculares

Los sólidosmoleculares tienen fuerzas intermoleculares entre las moléculas individuales que mantienen todo unido. Las fuerzas atractivas que mantienen unidas a las moléculas dependen de su polaridad.

• Los sólidos molecularespolares poseen fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión de London.
• Los sólidos molecularesno polares sólo poseen fuerzas de dispersión de London.

Los sólidos de este grupo tienen texturas blandas porque las fuerzas intermoleculares que mantienen unidas las moléculas son débiles en comparación con los enlaces químicos de otros tipos de sólidos. Su punto de fusión (PM) varía, pero generalmente es bajo. Los sólidos moleculares no polares suelen tener puntos de fusión bajos, mientras que los sólidos moleculares polares tienden a tener puntos de fusión ligeramente más altos.

Sólidos de red covalente

Los sólidos de redcovalente tienen enlaces covalentes que mantienen unidos a los átomos. Estos sólidos tienen texturas duras debido a sus fuertes enlaces covalentes. Los sólidos de red covalente también tienen puntos de fusión muy altos. Normalmente, los sólidos de esta categoría son insolubles en agua. También suelen ser malos conductores del calor y la electricidad, aunque hay algunas excepciones.

Sólido metálico

Los sólidosmetálicos tienen enlaces metálicos. Como su nombre indica, la unidad más pequeña de los sólidos metálicos son los átomos de metal. Los sólidos metálicos son brillantes, poseen dureza variable y tienen puntos de fusión elevados. También son buenos conductores del calor y la electricidad, son maleables y dúctiles. Los sólidos metálicos no son solubles en agua.

Sólidos amorfos

En los sólidos amorfos, la unidad más pequeña puede ser un ion, átomos, moléculas o incluso polímeros. Las fuerzas electrostáticas presentes en los sólidos amorfos pueden variar.

Los sólidos amorfos no tienen puntos de fusión distintos, por lo que las partes de un sólido amorfo se funden a temperaturas diferentes. Dado que sus partículas pueden disponerse aleatoriamente, los sólidos amorfos carecen de una estructura/patrón organizados como los que vemos en los sólidos cristalinos. Algunos ejemplos de sólidos amorfos son el vidrio, la obsidiana (vidrio volcánico) e incluso las gomas elásticas.

Líquidos

Los líquidos adoptan la forma del recipiente, pero no el volumen. Aunque las partículas líquidas pueden moverse por el recipiente, siguen estando muy cerca unas de otras, y no hay mucho espacio disponible. Por tanto, los líquidos son ligeramente compresibles. Los líquidos también tienen fuerzas intermoleculares, pero suelen ser ligeramente más débiles que los sólidos.

Los líquidos pueden tener distinta viscosidad, y cuanto mayor sea la viscosidad, más lentamente fluirá el líquido. Por ejemplo, el agua y la miel son líquidos, pero el agua fluye más deprisa que la miel porque ésta tiene mayor viscosidad.

Otra propiedad que afecta a los líquidos es latensión superficial . En los líquidos, las fuerzas intermoleculares tiran de las moléculas hacia el interior del líquido,

Gases

Los gases adoptan la forma y el volumen del recipiente. Como las partículas de gas están esparcidas por el recipiente, son muy compresibles cuando se aplica presión. En este estado de la materia, los gases vibran y pueden moverse libremente en direcciones aleatorias.

Algunos factores que afectan a los gases son la temperatura, la presión y el volumen.

• Cuando aumenta la temperatura, las partículas se mueven más deprisa.
• Cuando aumenta la presión, disminuye el volumen, ya que las partículas están ahora más juntas.
• Cuando aumenta el volumen, disminuye la presión.

Energía cinética en sólidos, líquidos y gases

Todo lo que se mueve tiene energía cinética . Por ejemplo, el agua que cae por una cascada contiene energía cinética, ¡y lo mismo ocurre con un pájaro que vuela! Y, ¿por qué los átomos y las moléculas tienen energía cinética? ¡Porque siempre están en movimiento!

La energía cinética de los gases puede calcularse mediante la siguiente ecuación:

$KineticEnergy(K.E)=\frac{1}{2}\times mass\times {\left(velocity\right)}^2$

¡Veamos un ejemplo sencillo!

Cuando una partícula tiene una energía cinética elevada, podrá desplazarse más rápidamente.

• Los sólidos tienen energías cinéticas muy bajas porque sus partículas están muy apretadas y no vibran tanto.
• Los líquidos tienen energías cinéticas intermedias porque pueden moverse entre sí en el poco espacio vacío.
• Los gases suelen tener energías cinéticas elevadas porque pueden moverse libremente por el espacio vacío.

Actividades de sólidos, líquidos y gases

Otro término con el que debes estar familiarizado es la actividad (α ) de una especie, los químicos utilizan el término actividad para describir la desviación de los gases ideales y las soluciones respecto al comportamiento ideal.

Cuando se trata de gases, éstos dependen de la presión. Así pues, se considera que la actividad de un gas es la relación entre la presión parcial real del gas y su presión parcial ideal.

${\alpha }_{gas}=\frac{P_{\mathit{g}\mathit{a}\mathit{s}}}{P_{\mathit{g}\mathit{a}\mathit{s}\mathit{,}\mathit{}\mathit{i}\mathit{d}\mathit{e}\mathit{a}\mathit{l}}}$

Esto puede parecer confuso, así que veamos un ejemplo. Supongamos que te piden que calcules la presión para un mol de etano a 295,15 K comportándose como un gas ideal (utilizando la ecuación de la ley de los gases ideales) y como un gas no ideal (utilizando la ecuación de los gases reales). Descubriste que la presión para el etano como gas ideal era de 24,47 atm, mientras que la presión para el etano como gas real era de 20,67 atm. La actividad del etano sería

${\alpha }_{gas}=\frac{20.67}{24.47}=0.8447$

Ahora bien, cuando se trata de sólidos y líquidos, tratamos con concentraciones. Por tanto, la actividad se utiliza para indicar a los químicos la diferencia entre cuántas partículas parecen estar presentes en la solución y el número de partículas realmente presentes en la solución. La actividad de las soluciones puede estimarse utilizando la concentración. En general, para soluciones relativamente diluidas, la actividad de una sustancia y su concentración molar son aproximadamente iguales.

La actividad de los sólidos y líquidos puros es siempre igual a 1 porque, por unidad de volumen, la concentración de un sólido o líquido puro es siempre la misma. Por ejemplo, la actividad del agua líquida es 1, y la actividad de 5 gramos de aluminio metálico también es 1.

Comparación de sólidos, líquidos y gases

Para hacerlo más sencillo y fácil, vamos a hacer una tabla comparativa de los tres estados de la materia utilizando la información tratada en este artículo.