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Química 2ed

Capítulo 10

Química 2edCapítulo 10

1.

Los líquidos y los sólidos se parecen en que son materia compuesta por átomos, iones o moléculas. Son incompresibles y tienen densidades similares, ambas mucho mayores que las de los gases. Se diferencian en que los líquidos no tienen forma fija y los sólidos son rígidos.

3.

Se parecen en que los átomos o moléculas son libres de moverse de una posición a otra. Se diferencian en que las partículas de un líquido están confinadas a la forma del recipiente en el que se encuentran. Por el contrario, un gas se expandirá sin límite para llenar el espacio en el que se coloca.

5.

Todos los átomos y moléculas se condensarán en un líquido o sólido en el que las fuerzas de atracción superen la energía cinética de las moléculas, a una temperatura suficientemente baja.

7.

(a) Las fuerzas de dispersión se producen cuando un átomo desarrolla un momento dipolar temporal en el momento en que sus electrones se distribuyen asimétricamente alrededor del núcleo. Esta estructura es más frecuente en átomos grandes como el argón o el radón. Un segundo átomo puede entonces distorsionarse por la aparición del dipolo en el primer átomo. Los electrones del segundo átomo son atraídos hacia el extremo positivo del primer átomo, lo que establece un dipolo en el segundo átomo. El resultado neto son dipolos temporales que fluctúan rápidamente y que se atraen entre sí (por ejemplo, el Ar). (b) Una atracción dipolo-dipolo es una fuerza que resulta de una atracción electrostática del extremo positivo de una molécula polar por el extremo negativo de otra molécula polar (por ejemplo, las moléculas de ICI se atraen entre sí por interacción dipolo-dipolo). (c) Los enlaces de hidrógeno se forman siempre que un átomo de hidrógeno se une a uno de los átomos más electronegativos, como un átomo de flúor, oxígeno o nitrógeno. La atracción electrostática entre el átomo de hidrógeno parcialmente positivo de una molécula y el átomo parcialmente negativo de otra molécula da lugar a una fuerte interacción dipolo-dipolo denominada enlace de hidrógeno (por ejemplo, HFHF)HFHF)

9.

Las fuerzas de London suelen aumentar a medida que aumenta el número de electrones.

11.

(a) SiH4 < HCl < H2O; (b) F2 < Cl2 < Br2; (c) CH4 < C2H6 < C3H8; (d) N2 < O2 < NO

13.

Solo se dispone de interacciones dipolo-dipolo bastante pequeñas de los enlaces C-H para mantener el n-butano en estado líquido. El cloroetano, sin embargo, tiene interacciones dipolares bastante grandes debido al enlace Cl-C; la interacción, por tanto, es más fuerte, lo que conduce a un punto de ebullición más alto.

15.

−85 °C. El agua tiene enlaces de hidrógeno más fuertes, por lo que se funde a una temperatura más alta.

17.

El enlace de hidrógeno entre dos moléculas de fluoruro de hidrógeno es más fuerte que el de dos moléculas de agua porque la electronegatividad del F es mayor que la del O. En consecuencia, la carga parcial negativa del F es mayor que la del O. El enlace de hidrógeno entre el H parcialmente positivo y el F parcialmente negativo más grande será más fuerte que el que se forma entre el H y el O.

19.

El enlace H es el principio de las IMF que mantiene unidas las hebras de las proteínas. El enlace H es entre el NHNH y C=O.C=O.

21.

(a) enlaces de hidrógeno, atracción dipolo-dipolo y fuerzas de dispersión; (b) fuerzas de dispersión; (c) fuerzas de atracción y dispersión dipolo-dipolo.

23.

Las moléculas de agua tienen fuertes fuerzas intermoleculares de enlace de hidrógeno. Así, las moléculas de agua se atraen fuertemente entre sí y presentan una tensión superficial relativamente grande, formando una especie de "piel" en su superficie. Esta piel puede soportar un insecto o un clip si se coloca suavemente en el agua.

25.

La temperatura tiene un efecto sobre las fuerzas intermoleculares: Cuanto mayor sea la temperatura, mayores serán las energías cinéticas de las moléculas y mayor será el grado de superación de sus fuerzas intermoleculares, por lo que el líquido será más fluido (menos viscoso). Cuanto más baja es la temperatura, menos se vencen las fuerzas intermoleculares y, por tanto, menos viscoso es el líquido.

27.

(a) A medida que el agua alcanza mayores temperaturas, el aumento de las energías cinéticas de sus moléculas es más eficaz para superar el enlace de hidrógeno, por lo que su tensión superficial disminuye. La tensión superficial y las fuerzas intermoleculares están directamente relacionadas. (b) Se observa la misma tendencia en la viscosidad que en la tensión superficial, y por la misma razón.

29.

1,7 ×× 10−4 m

31.

El calor es absorbido por el hielo, proporcionando la energía necesaria para superar parcialmente las fuerzas de atracción intermoleculares en el sólido y provocando una transición de fase a agua líquida. La solución se mantiene a 0 °C hasta que se derrite todo el hielo. Solo cambia la cantidad de agua existente en forma de hielo hasta que este desaparece. Entonces la temperatura del agua puede aumentar.

33.

Podemos ver cómo disminuye la cantidad de líquido en un recipiente abierto y podemos oler el vapor de algunos líquidos.

35.

La presión de vapor de un líquido disminuye a medida que aumenta la fuerza de sus fuerzas intermoleculares.

37.

A medida que aumenta la temperatura, la energía cinética media de las moléculas de la gasolina se incrementa y, por tanto, una mayor fracción de moléculas tiene energía suficiente para escapar del líquido que a temperaturas más bajas.

39.

Son iguales cuando la presión del gas sobre el líquido es exactamente 1 atm.

41.

aproximadamente 95 °C.

43.

(a) A 5.000 pies de altura, la presión atmosférica es menor que a nivel del mar, por lo que el agua hervirá a una temperatura más baja. Esta temperatura más baja hará que los cambios físicos y químicos implicados en la cocción del huevo procedan más lentamente, y se necesitará más tiempo para cocerlo completamente. (b) Mientras el aire que rodea al cuerpo contenga menos vapor de agua que el máximo que el aire puede contener a esa temperatura, la transpiración se evaporará, enfriando así el cuerpo al eliminar el calor de vaporización necesario para evaporar el agua.

45.

Las fuerzas de dispersión aumentan con la masa o el tamaño molecular. A medida que aumenta el número de átomos que componen las moléculas de esta serie homóloga, también lo hace el grado de atracción intermolecular a través de las fuerzas de dispersión y, en consecuencia, la energía necesaria para superar estas fuerzas y vaporizar los líquidos.

47.

El punto de ebullición del CS2 es más alto que el del CO2, en parte debido al mayor peso molecular del CS2; en consecuencia, las fuerzas de atracción son más fuertes en el CS2. Se esperaría, por tanto, que el calor de vaporización fuera mayor que el de 9,8 kJ/mol para el CO2. Un valor de 28 kJ/mol parece razonable. Un valor de -8,4 kJ/mol indicaría una liberación de energía en la vaporización, lo que es claramente inverosímil.

49.

La energía térmica (calor) necesaria para evaporar el líquido se elimina de la piel.

51.

1130 kJ

53.

(a) 13,0 kJ; (b) Es probable que el calor de vaporización tenga una magnitud mayor ya que en el caso de la vaporización las interacciones intermoleculares tienen que ser superadas completamente, mientras que la fusión debilita o destruye solo algunas de ellas.

55.

A bajas presiones y a 0,005 °C, el agua es un gas. Al aumentar la presión hasta 4,6 torr, el agua se convierte en un sólido; al aumentar aún más la presión, se convierte en un líquido. A 40 °C, el agua a baja presión es un vapor; a presiones superiores a unos 75 torr, se convierte en líquido. A −40 °C, el agua pasa de ser un gas a un sólido cuando la presión aumenta por encima de valores muy bajos.

57.

(a) gas; (b) gas; (c) gas; (d) gas; (e) sólido; (f) gas

59.


Un eje x está marcado a la izquierda como "Lleno" y a la derecha como "Vacío". En la parte superior hay un eje Y marcado como "P". Debajo del eje x está la etiqueta "Cantidad liberada". Una línea horizontal que luego se inclina hacia abajo se dibuja aproximadamente a la mitad de la línea vertical y se marca a la izquierda como "65 a t m". Aproximadamente a dos tercios del camino a través del eje x, se inclina hacia abajo en una línea recta para encontrar la marca "vacío" en la parte inferior derecha del eje.
61.

Sí, el hielo se sublimará, aunque puede tardar varios días. El hielo tiene una pequeña presión de vapor, y algunas moléculas de hielo forman gas y escapan de los cristales de hielo. A medida que pasa el tiempo, más y más sólidos se convierten en gas hasta que finalmente la ropa está seca.

63.

(a)

Esta figura muestra un eje x marcado como "Temperatura ( K )" y un eje y marcado como "Presión ( P a )". El eje x está marcado en incrementos de 2.000 a partir de 0. El eje y está marcado en el 0, el 10 elevado a la 7, el 10 elevado a la 9 y el 10 elevado a la 11. Hay una línea con una ligera pendiente negativa que pasa por el eje x a unos 3800. A partir de esta línea hay una línea que se curva hacia arriba y luego hacia abajo a la izquierda para pasar por el eje y a las diez a las 9. Hay otra línea que va hacia arriba y hacia la derecha. Los dos cuadrantes de la derecha están marcados como "Agua ( líquido )" y "Vapor de agua ( gas )".


(b)

Esta figura muestra un eje x marcado como "Temperatura ( K )" y un eje y marcado como "Presión ( P a )". El eje x está marcado en incrementos de 2.000 a partir de 0. El eje y está marcado en el 0, el 10 elevado a la 7, el 10 elevado a la 9 y el 10 elevado a la 11. Hay una línea con una ligera pendiente negativa que pasa por el eje x a unos 3800. A partir de esta línea hay una línea que se curva hacia arriba y luego hacia abajo a la izquierda para pasar por el eje y a las diez a las 9. Hay otra línea que va hacia arriba y hacia la derecha. El cuadrante de la izquierda está marcado como "Grafito".


(c)

Esta figura muestra un eje x marcado como "Temperatura ( K )" y un eje y marcado como "Presión ( P a )". El eje x está marcado en incrementos de 2.000 a partir de 0. El eje y está marcado en el 0, el 10 elevado a la 7, el 10 elevado a la 9 y el 10 elevado a la 11. Hay una línea con una ligera pendiente negativa que pasa por el eje x a unos 3800. A partir de esta línea hay una línea que se curva hacia arriba y luego hacia abajo a la izquierda para pasar por el eje y a las diez a las 9. Hay otra línea que va hacia arriba y hacia la derecha. El cuadrante superior está marcado como "Diamante".


(d)

Esta figura muestra un eje x marcado como "Temperatura ( K )" y un eje y marcado como "Presión ( P a )". El eje x está marcado en incrementos de 2.000 a partir de 0. El eje y está marcado en el 0, el 10 elevado a la 7, el 10 elevado a la 9 y el 10 elevado a la 11. Hay una línea con una ligera pendiente negativa que pasa por el eje x a unos 3800. A partir de esta línea hay una línea que se curva hacia arriba y luego hacia abajo a la izquierda para pasar por el eje y a las diez a las 9. Hay otra línea que va hacia arriba y hacia la derecha. Los cuatro cuadrantes están marcados como "Diamante" en la parte superior, "Grafito", a la izquierda, "agua ( líquido )" en la parte superior derecha, y "vapor de agua ( gas )", en la parte inferior derecha. Hay un círculo rojo donde se cruzan las líneas de líquido, gas y grafito.


(e) fase líquida (f) sublimación

65.

(e) cristales moleculares

67.

El hielo tiene una estructura cristalina estabilizada por enlaces de hidrógeno. Estas fuerzas intermoleculares tienen una fuerza comparable y, por tanto, requieren la misma cantidad de energía para ser superadas. En consecuencia, el hielo se funde a una sola temperatura y no en un rango de temperaturas. Las distintas moléculas de gran tamaño que componen la mantequilla experimentan diversas atracciones de Van der Waals de distinta fuerza que se superan a distintas temperaturas, por lo que el proceso de fusión se produce en un amplio rango de temperaturas.

69.

(a) iónico; (b) red covalente; (c) molecular; (d) metálico; (e) red covalente; (f) molecular; (g) molecular; (h) iónico; (i) iónico

71.

X = iónico; Y = metálico; Z = red covalente

73.

(b) sólido metálico

75.

La estructura de esta forma de hierro a baja temperatura (por debajo de 910 °C) es cúbica centrada en el cuerpo. Hay un octavo átomo en cada una de las ocho esquinas del cubo y un átomo en el centro del cubo.

77.

ocho

79.

12

81.

(a) 1,370 Å; (b) 19,26 g/cm

83.

(a) 2,176 Å; (b) 3,595 g/cm3

85.

La estructura cristalina del Si muestra que está menos empaquetado (número de coordinación 4) en el sólido que el Al (número de coordinación 12).

87.

En un conjunto de empaquetamiento compacto, existen dos agujeros tetraédricos para cada anión. Si solo la mitad de los agujeros tetraédricos están ocupados, los números de aniones y cationes son iguales. La fórmula del sulfuro de cadmio es CdS.

89.

Co3O4

91.

En un conjunto cúbico simple, solo un agujero cúbico puede ser ocupado por un catión para cada anión en el conjunto. La relación entre el talio y el yoduro debe ser de 1:1; por lo tanto, la fórmula del talio es TlI.

93.

59.95 %; el número de oxidación del titanio es +4.

95.

Ambos iones tienen un tamaño parecido: Mg, 0,65; Li, 0,60. Esta similitud permite que ambos se intercambien con bastante facilidad. La diferencia de carga se compensa generalmente con el cambio de Si4+ por Al3+.

97.

Mn2O3

99.

1,48 Å

101.

2,874 Å

103.

20,2°

105.

1,74 ×× 104 eV

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