Propiedades de los líquidos

A diferencia de los gases los líquidos son prácticamente incompresibles. El volumen cambia muy poco por la variación de la presión y la temperatura. Las propiedades de los líquidos más importantes son: tensión superficial, cohesión y adhesión, capilaridad, viscosidad,presión de vapor y contante dieléctrica.

a) La tensión superficiales la cantidad de energía requerida para dilatar o aumentar la superficie de un líquido por unidad de área.

Las moléculas que se encuentran debajo de la superficie de un líquido sufren atracciones desde todas las direcciones, pero las que están en la superficie son atraídas solamente hacia el interior. Sobre una molécula de la superficie se ejerce una atracción neta hacia el interior del líquido. La tensión superficial es una medida de las fuerzas internas que se deben vencer para expandir la superficie de un líquido. Esta propiedad se manifiesta en la interface líquido-aire cuando el líquido está en un recipiente abierto.

En el interior de un líquido, cada molécula está rodeada por otras que ejercen sobre ella una atracción prácticamente igual en todas las direcciones. Desde el punto de vista energético, la situación más notable es aquella en que la superficie es mínima; por esta razón las gotas de los líquidos tienden a ser esféricas(Figura 2).

La tensión superficial se manifiesta en el hecho de que cuerpos de mayor densidad que el agua (mosquitos, agujas, polvo, etc.) floten sobre la superficie de un charco (Figura 3), en el ascenso de algunos líquidos y el descenso de otros en el interior de tubos capilares sumergidos parcialmente en ellos, en la formación de gotas de un líquido que se derrama, en la formación de meniscos convexos o cóncavos en la superficie libre de líquidos contenidos en pipetas, vasos, etc.

Figura 2: Tensión superficial Figura 3: Tensión superficial

b) Adhesión y cohesión: La cohesión es la atracción intermolecular entre moléculas similares y la adhesión es una atracción entre moléculas diferentes.

Las fuerzas intermoleculares que unen moléculas que son similares unas a otras, como los puentes de hidrógeno del agua, se llaman fuerzas de cohesión. Las fuerzas intermoleculares que unen una sustancia a una superficie se llaman fuerzas de adhesión.

El agua colocada en un tubo de vidrio se adhiere al vidrio porque las fuerzas de adhesión entre el agua y el vidrio son más intensas que las fuerzas de cohesión entre las moléculas del agua. Por ello, la superficie curva o menisco, de la parte superior del agua tiene forma de U, como se observa en la parte izquierda de la Figura 4.

Figura 5: Caso de mercurio

Figura 4: Menisco en agua y mercurio

En el mercurio, en cambio, el menisco tiene una curva hacia abajo en los puntos en que el metal hace contacto con el vidrio (Figura 5a la derecha). En este caso las fuerzas de cohesión entre los átomos de mercurio son mucho más intensas que las fuerzas de adhesión entre los átomos de mercurio y el vidrio.

Todas las fuerzas que tienden a mantener unido un líquido se denominan fuerzas cohesivas. Las fuerzas de atracción entre un líquido y otra superficie se denominan adhesivas.

El agua moja un tubo de vidrio aumentando su superficie y ascendiendo por los lados del tubo debido a las grandes fuerzas adhesivas entre el agua y el vidrio cuya estructura es similar. n la superficie del agua, el menisco, adquiere una forma cóncava en contacto con el vidrio. Por el contrario el mercurio no moja el vidrio, porque sus fuerzas cohesivas son mucho mayores que su atracción por el vidrio, por lo tanto, su menisco es convexo (Figura 6).

Figura 6: Adhesión y Cohesión

c) Capilaridad: la capilaridad ocurre cuando el extremo de un tubo de vidrio capilar, o sea un tubo de vidrio de pequeño diámetro, se sumerge en un líquido. Si las fuerzas adhesivas son mayores que las cohesivas, el líquido ascenderá por el tubo hasta que se neutralicen entre sí las fuerzas adhesivas y el peso del líquido.Si se coloca un tubo de vidrio de diámetro pequeño (un capilar) en agua, el líquido sube por el tubo. La elevación de líquidos por tubos muy angostos se denomina

acción capilar. Las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes del tubo tienden a aumentar el área superficial del líquido.

La tensión superficial del líquido tiende a reducir el área, y tira del líquido subiéndolo por el tubo. El líquido sube hasta que las fuerzas de adhesión y cohesión se equilibran con la fuerza de la gravedad sobre el líquido. La acción capilar ayuda a que el agua y los nutrientes disueltos suban por el tallo de las plantas.

d) La viscosidad es una medida de la resistencia de un líquido para fluir y se manifiesta en toda la masa de la sustancia.

Está relacionada con las fuerzas intermoleculares de atracción, con el tamaño y las formas de los constituyentes de las partículas. Es la propiedad inversa a la fluidez. Las interacciones intermoleculares, y por consiguiente la viscosidad, disminuyen al aumentar la temperatura, mientras no exista cambios en la composición.

Los valores de la viscosidad dependen de la naturaleza del líquido y de la temperatura. La viscosidad se debe al frotamiento entre las moléculas o las capas vecinas de moléculas cuando se desplazan relativamente. La viscosidad de los líquidos disminuye con el aumento de la temperatura. La unidad utilizada para la viscosidad () es el Poise = g/cm.s; el nombre de la unidad deriva del apellido Poiseuille, investigador francés quien hacia 1840 trabajó en el tema de la circulación de la sangre sobre cuyo mecanismo influye la viscosidad del fluido sanguíneo. El Poise es una unidad demasiado grande de modo que usualmente las viscosidades de los líquidos comunes se expresan en centipoise = 0,01 Poise. En la tbla2 se presentan los valores de viscosidad de algunos líquidos.

Viscosidades de líquidos expresadas en centipoiseLíquido 0°C 20°C

Agua 1,792 1,005Metanol 0,813 0,591Etanol 1,773 1,200

Eterdietílico 0,286 0,234Glicerol 4600 850Benceno 0,912 0,652

Nitrobenceno - 2,014Tetracloruro de

carbono1,329 0,969

Mercurio 1,684 1,547Tabla 2: Viscosidades de liquidos

Presión de vapor

Es la presión de la fase gaseosa en equilibrio con el líquido.Lapresión de vapor en equilibrio es la presión de vapor medida cuando existe un equilibrio dinámico entre la condensación y la evaporación.

H2O (l) H2O (g)

Cuando la evaporación del líquido se produce en un recipiente cerrado las moléculas de vapor no pueden escapar. Cuanto mayor sea la cantidad de moléculas que abandonen el líquido, más colisiones habrá entre las moléculas gaseosas y las paredes del recipiente y más aumentará la condensación.

Este fenómeno explica la formación de gotas de líquido que se adhieren a las paredes del recipiente por encima de la superficie del líquido y del establecimiento del equilibrio entre líquido y el vapor.

La presión de vapor da idea de las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido y cuanto mayor sea esa fuerza la presión de vapor será menor. La presión parcial de las moléculas de vapor sobre la superficie de un líquido en equilibrio con él es la presión de vapor del líquido (Figura 7).

Velocidad de Condensación= Velocidad de Evaporación

Figura 7: Equilibrio dinámico

La presión de vapor de los líquidos siempre aumenta con la temperatura, porque la velocidad de evaporación aumenta y la condensación disminuye al aumentar la temperatura. Para dos líquidos en solución, la presión de vapor en cada líquido será la presión parcial de las moléculas en la fase vapor sobre la solución de líquido.

A una temperatura dada, la presión de vapor de diferentes líquidos es distinta, porque son distintas sus fuerzas cohesivas. Los líquidos que vaporizan con facilidad reciben el nombre de líquidos volátiles y sus presiones de vapor son relativamente altas.

Para pasar de líquido a gas, se debe entregar energía en forma decalor molar de vaporización y su magnitud da idea de las fuerzas intermoleculares(Figura 8) donde se tiene:

H2O (l) H2O (g)

Punto de ebullición

El punto de ebullición es la temperatura en la cual la presión de vapor (en equilibrio) de un líquido es igual a la presión externa. El punto de ebullición normal es la temperatura en la cual un líquido hierve cuando la presión externa es de 1 atm (760 mm de Hg ó torr).

Al calentar un líquido aumenta siempre su presión de vapor. Cuando un líquido se calienta a una temperatura suficientemente alta, a una determinada presión (la atmosférica), comienzan a formarse burbujas de vapor debajo de su superficie, que suben hacia ésta y estallan, lanzando vapor al aire.

Este proceso se denomina ebullición y es diferente de la evaporación. El punto de ebullición de un líquido a una presión determinada es la temperatura a la cual la presión de vapor iguala a la aplicada. El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es exactamente igual a una presión de una atmósfera (.

La presión de vapor del agua es 760 torr a 100 ºC y esta temperatura corresponde a su punto de ebullición normal (Figura 8)

Figura 8: Ebullición