Sólido, líquido y gas son los tres estados físicos distintos de la materia que la materia puede adoptar en la mayoría de los entornos. Otros estados, como el plasma, los condensados de Bose-Einstein y las estrellas de neutrones, pueden existir en entornos extremos. También se cree que otros estados, como los plasmas de quarks y gluones, son factibles. El plasma caliente, en forma de medio interestelar enrarecido y estrellas densas, constituye una gran parte de la materia atómica del universo.
En el pasado, los estados de la materia estaban separados por distinciones cualitativas en sus cualidades generales. La materia sólida mantiene un volumen y una forma constantes; la materia líquida se adapta a la forma de su recipiente pero solo cambia mínimamente de volumen, y la materia gaseosa se expande para llenar el volumen y la forma de su recipiente. Cada uno de los tres estados clásicos de la materia tiene la capacidad de pasar a los otros dos estados clásicos.
Estado liquido
Los líquidos están formados por partículas diminutas conocidas como moléculas. Las fuerzas de atracción intermoleculares entre las moléculas líquidas son relativamente fuertes. Las moléculas de un líquido están relativamente cerca unas de otras en comparación con las de un gas. Las moléculas se mueven constantemente al azar. En un líquido, la energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura absoluta.
Características de los líquidos
- Los líquidos no tienen una forma fija: los líquidos no tienen una forma fija y tomarán la forma de cualquier recipiente en el que se coloquen. Esto se debe a que las interacciones entre partículas son débiles y las partículas en una capa pueden deslizarse fácilmente a través de las partículas en otra capa. Como resultado, un líquido tomará la forma del recipiente en el que se mantiene.
- Los líquidos ocupan un volumen definido: a pesar de que los líquidos no tienen una forma definida, sí tienen un volumen. Un líquido, como un sólido, no se puede exprimir ejerciendo presión sobre él. Las interacciones entre partículas de los líquidos son tan fuertes que ninguna cantidad de presión puede superarlas.
- Los líquidos tienen flexibilidad y no rigidez : los líquidos tienen fluidez en lugar de rigidez, lo que significa que fluyen. Es porque los líquidos tienen menos fuerzas intermoleculares que los sólidos. Sin embargo, la fluidez relativa de diferentes líquidos varía. El agua, por ejemplo, se mueve más rápido que la miel.
- Los líquidos tienen una densidad menor: en comparación con los sólidos, los líquidos suelen ser más livianos. Esto se debe al hecho de que la forma líquida de la misma sustancia tiene un mayor número de espacios entre partículas que el estado sólido. El hielo (en estado sólido) flota sobre el agua (estado líquido). Ambos son químicamente idénticos y contienen las mismas moléculas, sin embargo, el hielo tiene una estructura más porosa que el agua. Como resultado, el volumen de hielo es mayor que el de agua para una masa dada y su densidad es menor. Como resultado, el hielo flota en la superficie del agua.
- La energía cinética de las partículas es más que el estado sólido : cuando se opone al estado sólido, las partículas en estado líquido están menos densamente empaquetadas. Como resultado, las fuerzas entre partículas son más débiles. Como resultado, la energía cinética de las partículas en estado líquido es mayor que en estado sólido. A medida que sube la temperatura, sube aún más.
- Las partículas en estado líquido pueden difundirse fácilmente: las partículas en estado líquido pueden dispersarse más fácilmente que las que están en estado sólido debido a las fuerzas de atracción intermoleculares más bajas. Esta característica ayuda en la mezcla de diferentes líquidos. El agua y el alcohol, por ejemplo, son líquidos que pueden mezclarse fácilmente para formar una mezcla o solución líquida. Cuando las condiciones físicas de un líquido cambian, la naturaleza básica del líquido también cambia.
Propiedades de los líquidos
Evaporación
El proceso de convertir un líquido en sus vapores se conoce como evaporación.
Las moléculas de un líquido están en continuo movimiento y tienen energía cinética, pero no todas las moléculas tienen la misma energía cinética. Su valor puede variar de muy bajo a muy alto. Como resultado, aquellas moléculas existentes en la superficie del líquido con un mayor valor de energía cinética superarán las fuerzas de atracción y escaparán al espacio por encima de la superficie del líquido, apareciendo como vapores.
Factores que afectan la tasa de evaporación
- Naturaleza del líquido : la velocidad de evaporación está determinada por las fuerzas de atracción intermolecular. Cuanto menor sea la tasa de evaporación, mayor será la magnitud de las fuerzas.
- Temperatura : la tasa de evaporación aumenta a medida que aumenta la temperatura.
- Área de superficie : la tasa de evaporación será más rápida si el área de superficie es más grande.
Presión de vapor
La presión de vapor es la presión que ejercen los vapores en equilibrio con el líquido a una temperatura determinada. Surge solo como resultado del fenómeno cinético y, por lo tanto, no se ve afectado por la cantidad de líquido presente. Se determina principalmente por la temperatura del líquido.
Factores que afectan la presión de vapor
- Naturaleza del líquido: la magnitud de las fuerzas intermoleculares del líquido determina la presión de vapor. Cuando estas fuerzas son modestas, las moléculas se convierten fácilmente en vapor, lo que da como resultado una presión de vapor de alto equilibrio. Sin embargo, si estas fuerzas son sustanciales, las moléculas no se convertirán en vapores y la presión de vapor será relativamente baja.
- La temperatura del líquido: la presión de vapor de un líquido aumenta a medida que aumenta la energía cinética promedio con el aumento de la temperatura.
Punto de ebullición de líquidos
La temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión del aire circundante se conoce como punto de ebullición. Como resultado, el punto de ebullición es el resultado de una mayor presión de vapor en lugar del proceso de calentamiento.
Factores que afectan el punto de ebullición
- Presión- Cuando la presión externa es:
- El punto de ebullición del líquido es inferior al punto de ebullición estándar cuando la presión es inferior a 1 atm.
- El punto de ebullición de un líquido se conoce como punto de ebullición normal cuando es igual a 1 atm.
- El punto de ebullición del líquido es superior a su punto de ebullición normal cuando la presión es superior a 1 atm.
- Tipo de moléculas : si las fuerzas intermoleculares entre las moléculas son:
- Relativamente alto, el punto de ebullición también será relativamente alto.
- Relativamente bajo, el punto de ebullición también será bajo.
Tensión Superficial de Líquidos
Las moléculas en un líquido están sujetas a la misma fuerza intermolecular desde todos los lados, pero las moléculas en la superficie del líquido se comportan de manera diferente a las del interior. Debido a la atracción hacia adentro de las moléculas, las moléculas en la superficie del líquido experimentan tensión. La tensión superficial es el término para este fenómeno.
La atracción hacia el interior tiende a contraer la superficie del líquido. Como resultado, la superficie adquiere las características de una membrana estirada.
Factores que afectan la tensión superficial de los líquidos
- La temperatura del líquido : a medida que aumenta la temperatura, la tensión superficial disminuye. Esto se debe a que cuando aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética, lo que provoca una disminución de las fuerzas de atracción intermoleculares y, como resultado, una disminución de la tensión superficial.
- Naturaleza del líquido- La tensión superficial de un líquido está determinada por las fuerzas de atracción intermoleculares existentes en sus moléculas. Cuanto mayor sea la magnitud de la fuerza, mayor será el valor de la tensión superficial.
Viscosidad
Los líquidos no se mueven todos a la misma velocidad. El agua, el alcohol, el queroseno, el aceite y otros líquidos fluyen rápidamente, mientras que la miel, el glicerol, el aceite de ricino y otros líquidos fluyen lentamente. Como resultado, la viscosidad se puede describir como la resistencia interna de un líquido a fluir.
Existen diferentes fuerzas de atracción intermoleculares en diferentes líquidos, lo que resulta en una resistencia interna. Cuando estas fuerzas son fuertes, el líquido se vuelve más viscoso, y cuando son débiles, el fluido se vuelve menos viscoso.
Cuando un líquido fluye, la capa de líquido en contacto directo con la superficie permanece inmóvil; a medida que aumenta la distancia desde la superficie fija, aumenta la velocidad de las capas. El flujo laminado es un tipo de flujo en el que la velocidad varía en un patrón regular. La capa inmediatamente inferior busca ralentizar la velocidad, mientras que la capa superior la acelera.
Coeficiente de Viscosidad
La fuerza requerida para mantener el flujo en estas tres capas está determinada por dos variables: el área en contacto (A) y el gradiente de velocidad du/dx.
El gradiente de velocidad viene dado por la cantidad de du/dx cuando la velocidad de la capa a una distancia dx varía en un valor du. Para que las capas sigan fluyendo, se requiere algo de fuerza.
Fuerza (f) ∝ (A)
Fuerza (f) ∝ du/dx
Fuerza (f) ∝ A × du/dx=ηA x du/dx
Por lo tanto, η se llama coeficiente de viscosidad .
La fuerza aplicada por unidad de área para mantener una velocidad relativa unitaria entre las dos capas de un líquido a una distancia unitaria se puede caracterizar como el coeficiente de viscosidad.
Factores que influyen en la viscosidad de los líquidos
- Temperatura : la viscosidad de un líquido disminuye a medida que aumenta la temperatura.
- Naturaleza del líquido : la viscosidad es mayor en líquidos con una fuerza de atracción intermolecular más fuerte.
- Masa molecular: la masa molecular de una sustancia aumenta su viscosidad.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Cuál es el estado líquido de la materia?
Responder:
Las siguientes son algunas de las características del estado líquido de la materia:
- Las partículas líquidas están menos empaquetadas que las partículas sólidas.
- Los sólidos tienen una fuerza de atracción intermolecular más débil que los gases, mientras que los gases tienen una fuerza de atracción intermolecular más fuerte.
- Tienen un volumen constante pero no una forma constante.
- No son comprimibles. Para comprimir los líquidos se necesita mucha presión.
- Los sólidos tienen menor densidad que los líquidos.
- Los líquidos no tienen rigidez. Son maleables.
Pregunta 2: ¿Cuál es el punto de ebullición de un líquido?
Responder:
El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido coincide con la presión del aire circundante. Como resultado, en lugar del proceso de calentamiento, el aumento de la presión de vapor hace que aumente el punto de ebullición.
Pregunta 3: ¿Cuál es la diferencia entre ebullición y evaporación?
Responder:
La principal distinción entre ebullición y evaporación es que la evaporación se produce en la superficie del líquido, mientras que la ebullición se produce en la mayor parte del líquido.
Pregunta 4: ¿Qué es la viscosidad?
Responder:
La viscosidad es la resistencia de un fluido (líquido o gas) a cambiar de forma o mover secciones adyacentes entre sí. El término «viscosidad» se refiere a la resistencia al flujo. La fluidez se define como el recíproco de la viscosidad, que es una medida de la facilidad de flujo.
Pregunta 5: ¿Cuáles son los factores que afectan la viscosidad de un líquido?
Responder:
- Temperatura: a medida que aumenta la temperatura, la viscosidad de un líquido se reduce.
- La naturaleza del líquido: los líquidos con una fuerza de atracción intermolecular más fuerte tienen una viscosidad más alta.
- Masa molecular: la masa molecular de una sustancia afecta su viscosidad.
Pregunta 6: ¿Qué es la presión de vapor?
Responder:
A una temperatura dada, la presión de vapor es la presión que ejercen los vapores en equilibrio con el líquido. Está causado únicamente por el fenómeno cinético y, por lo tanto, no se ve afectado por la cantidad de líquido presente.
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Artículo escrito por amanarora3dec y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA