tema muestra

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Propiedades fsico-qumicas que miden oidentifican la materia.Instrumentos, aparatos yequipos de laboratorio.Tcnicas y mtodosaplicados para su medidaen el laboratorio.

44.2 CEDE ANLISIS Y QUMICA INDUSTRIAL

CENTRO DOCUMENTACIN DE ESTUDIOS Y OPOSICIONES C/ CARTAGENA, 129 91 564 42 94 28002 MADRID ht tp: / /www.cede.es

GUIN - NDICE 1. INTRODUCCIN: ALGUNAS DEFINICIONES BSICAS 2. MEDIDA DE LA DENSIDAD

2.1. Densidades de sustancias slidas 2.2. Densidades de sustancias lquidas 2.3. Densidades de sustancias gaseosas

3. ESTRUCTURA Y GEOMETRA CRISTALINAS 4. PROPIEDADES TRMICAS

4.1. Punto de fusin 4.2. Punto de ebullicin

5. PROPIEDADES CALORFICAS

5.1. Calor especfico 5.2. Calor de combustin 5.3. Calor latente de fusin y de vaporizacin

6. PROPIEDADES RELATIVAS A SUSTANCIAS LQUIDAS O A SUSTAN-

CIAS EN DISOLUCIN

6.1. Viscosidad 6.2. Tensin superficial 6.3. Peso molecular 6.4. Solubilidad

ANLISIS Y QUMICA INDUSTRIAL CEDE 44.3


BIBLIOGRAFA CHANG, R. Qumica. Ed. McGraw-Hill, 1992. ULLMANN, F. Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley VCH, 1995. CASAS SABATA, J.M. Tcnicas de laboratorio qumico. Ed. Edeb. Barcelona, 1977. PASTO, D.J. y Determinacin de estructuras orgnicas. Ed. Revert, 1980. JOHNSON, C.R. VARIOS AUTORES Tecniques de Iingenieur. Ed. Masson. Pars, 1977. BREWSTER, X. y col. Curso Prctico de Qumica Orgnica. Ed. Alhambra, 1975. SMITH, W.F. Fundamentos de Ciencia e Ingeniera de Materiales. McGraw-Hill,

1998. FERNNDEZ, M.R. y Qumica General. Ed. Everest, 1995. FIDALGO, J.A.

COMENTARIO BIBLIOGRFICO

Para la explicacin de las principales propiedades que identifican las sustancias se han empleado textos de Qumica general como el de Chang, el de Fernndez y el de Casas Sabata.

Para la descripcin de los mtodos y tcnicas para la realizacin de los ensayos es tambin de utilidad el ltimo de los libros citados, el de Pasto en aquellos ensayos aplicables a sustancias orgnicas, el de Smith en lo referente a materiales metlicos y de inge-niera, y la enciclopedia Ullmann.



1. INTRODUCCIN: ALGUNAS DEFINICIONES BSICAS

Una simple relectura del desafortunado ttulo del presente tema muestra claramente una gran falta de concrecin en cuanto a lo que deben ser sus contenidos. Antes de justificar los aqu seleccionados, es preciso recordar algunas definiciones bsicas:

Qumica: Ciencia que estudia la composicin de la materia del Universo y los cambios que dicha materia experimenta.

Fsica: Ciencia que estudia las propiedades de la materia y las leyes que tienden a modificar su estado o movimiento, pero sin modificar su composicin. Una definicin ms moderna y generalista de la Fsica la considera la Ciencia que estudia los componentes de la materia y sus interacciones mutuas, pero para los objetivos del presente tema se consi-derar la primera de ellas.

Qumica-Fsica o Fisicoqumica: Parte de la Qumica que estudia los fen-menos qumicos o de inters para la Qumica desde un punto de vista o metodologa fsico, aunque sin excluir mtodos qumicos como, por ejemplo, los analticos.

Materia: Cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa.

Masa: Medida de la cantidad de materia de un objeto.

Sustancia: Es una forma de materia que tiene una composicin constante o definida (el nmero y tipo de unidades bsicas presentes), y propiedades distintivas. Algunos ejemplos son el agua, amonaco, azcar (sacarosa), oro, oxgeno, etc. Las sustancias difieren entre s por su composicin y se pueden identificar por su aspecto, olor, sabor y otras propie-dades. Hasta el momento el nmero de sustancias conocidas es de ms de cinco millones.

Mezcla: Es una combinacin de dos o ms sustancias en la cual stas mantienen su identidad. Algunos ejemplos son el aire, la leche y el cemento. Las mezclas no tienen composicin fija y pueden ser homogneas o heterogneas, en funcin de que sus componentes individuales permanezcan fsicamente juntos o separados de tal forma que se puedan ver como tales. Cualquier mezcla, ya sea homognea o heterognea, se puede sepa-rar en sus componentes puros por medios fsicos sin cambiar la identidad de los componentes.

Propiedad fsica de una sustancia: Aqulla que se puede medir y observar sin modificar la composicin de la sustancia. Son ejemplos el color, el punto de fusin, y la densidad.



Propiedad qumica de una sustancia: Aqulla que para observarla o medirla requiere que se deba realizar un cambio de la composicin de esa sustancia. Son ejemplos la combustibilidad de una sustancia o el carcter cido o bsico de la misma.

Propiedades extensivas e intensivas: Todas las propiedades fsicas y qu-micas de la materia pertenecen a una de estas dos categoras. El valor medido de una propie-dad extensiva depende de la cantidad de materia considerada. La longitud, la masa y el volu-men son propiedades extensivas. Los valores de una misma magnitud extensiva se pueden sumar.

El valor medido de una propiedad intensiva no depende de cunta materia se considere. La temperatura es una magnitud intensiva. La temperatura no se puede sumar.

Material (desde el punto de vista de la Ingeniera de Materiales): Cualquier sustancia o mezcla de sustancias de las que cualquier cosa est compuesta o hecha. Por con-veniencia, la mayora de los materiales de Ingeniera se incluyen dentro de tres grupos principales: metlicos, polimricos y cermicos.

Ante lo desafortunado del ttulo del tema por generalista y ante la imposibi-lidad de abordar en extensin razonable todas las propiedades de todos los distintos tipos de materia y materiales y sus mtodos de ensayo, los contenidos del presente tema corresponden al ttulo ms preciso de:

PROPIEDADES FSICO-QUMICAS INTENSIVAS QUE CARACTERIZAN LAS SUSTANCIAS

para lo cual se han realizado las consideraciones siguientes:

No se incluyen propiedades intensivas como masa, volumen o longitud, que si bien sirven para medir e incluso identificar sustancias en algunos ca-sos, son eminentemente fsicas.

Las formas de materia a identificar se restringen a las sustancias, tal y como se definieron anteriormente. No se consideran las mezclas de sus-tancias ni las disoluciones, salvo en comentarios puntuales de inters in-dustrial.



No se incluyen ensayos puramente fsicos como los ensayos mecnicos (resistencias a traccin, compresin, flexin, dureza, etc.) que son adems raramente aplicados a sustancias puras.

No se incluyen propiedades fisicoqumicas organolpticas como color, olor, sabor y otras que son difcilmente cuantificables.

No se incluyen algunas propiedades intensivas fisicoqumicas que sern tratadas de forma detallada en los temas 60 a 65 tales como ndice de re-fraccin, poder rotatorio, absorcin de la radiacin, y otras.

Por todo ello, las propiedades fisicoqumicas que identifican las sustancias

orgnicas e inorgnicas descritas en el presente tema son: densidad, estructura cristalina, pun-to de fusin, punto de ebullicin, calor especfico, calor de combustin, calor latente de vapori-zacin, viscosidad, tensin superficial, peso molecular y solubilidad.

2. MEDIDA DE LA DENSIDAD

Antes de describir los mtodos e instrumentos de medida de la densidad de las sustancias, se definen con precisin los principales parmetros relacionados con esta magnitud, a saber:

Densidad absoluta: Es la relacin entre la masa del cuerpo y su volumen:

am

,v

r =

donde: m = masa del cuerpo, en g v = volumen del cuerpo en cm3 ra = densidad absoluta, en g/cm

3, con dimensiones ML-3

Densidad relativa: Es la densidad de un cuerpo con relacin a otro que se toma como referencia. Tomando un volumen igual para los dos cuerpos, resulta:

a1 1 1

ra2 2 2

m v m,

m v mr

r = = =r

donde: ra1 = densidad absoluta del cuerpo 1



ra2 = densidad absoluta del cuerpo 2 rr = densidad relativa, sin dimensiones

Peso especfico: Es la relacin entre el peso del cuerpo y su volumen:

e ap m g

p gv v

= = = r

donde: p = peso del cuerpo, en gramos-fuerza (pondios) v = volumen del cuerpo, en cm3 g = aceleracin de la gravedad, en m/s2 pe = peso especfico, en pondios/cm

3, y dimensiones ML-2T-2

Peso especfico relativo: Es la relacin entre el peso especfico del cuerpo y el peso especfico de otro cuerpo tomado como referencia, o lo que es igual, la relacin entre el peso de un cuerpo y el peso de un volumen igual de otro cuerpo.

e1 1 1er

e2 2 2

p p v pp ,

p p v p= = =

donde: per = peso especfico relativo, sin dimensiones p1 y p2 = peso de los cuerpos, en pondios

Como per = p1/p2 = m1 g/m2 g = m1/m2, y resulta que por definicin

per = rr

es decir, que la densidad relativa es igual al peso especfico relativo. Como adems ambos conceptos poseen dimensiones nulas por tratarse de razo-nes entre magnitudes de igual naturaleza, podemos afirmar que son total-mente idnticas.

2.1. DENSIDADES DE SUSTANCIAS SLIDAS

Puede determinarse por varios procedimientos: con balanza y probeta, con balanza

hidrosttica, por inmersin en mercurio (todos ellos aplicables a sustancias slidas de dimen-siones del orden de cm), con picnmetro (aplicable a slidos de pequeas dimensiones, granu-



lares y polvos), etc. La eleccin del mtodo depende del tamao del cuerpo, de la exactitud requerida y de otros factores como la solubilidad o mojabilidad del cuerpo.

2.1.1. Con balanza y probeta

Con la balanza se determina la masa del cuerpo y su volumen se determina por el au-mento de volumen de agua de una probeta graduada, tras la inmersin del slido (figura 44.1).

Figura 44.1. Determinacin de densidad con balanza y probeta

2.1.2. Con balanza hidrosttica

La balanza hidrosttica dispone de unos ganchitos bajo los platillos que permiten sus-

pender un cuerpo para someterlo al empuje de Arqumedes, dentro de un recipiente lleno de agua (figura 44.2). Tambin puede realizarse con una balanza analtica monoplato, siempre que disponga de un ganchito equivalente.

Figura 44.2. Balanza hidrosttica

El cuerpo se pesa en aire (p1) y luego en agua destilada (u otro lquido en el que el

cuerpo es insoluble) y termostatizada a la temperatura requerida (p2), despus de que el cuer-po se encuentra en equilibrio trmico con el agua o lquido. Si la densidad del cuerpo es menor que la del lquido de inmersin, se emplea un inmersor del cuerpo colgado del mismo, cuyo peso sumergido es (p3). El peso conjunto del cuerpo y el inmersor sumergidos es (p4).



Se emplea un hilo muy fino para suspender el cuerpo (y en su caso el inmersor), de modo que el empuje correspondiente al trozo de hilo sumergido es despreciable. Debe evitar-se la presencia de burbujas.

Para cuerpos ms densos que el agua:

p1Densidad relativa

p1 p2= r

-

y para los menos densos:

p1Densidad relativa

p1 p3 p4= r

+ -

donde r es la densidad del agua (o del lquido), normalmente considerada 1.000 g/cm3, pero para mayor exactitud debe corregirse en funcin de la temperatura mediante la correspondiente tabla, como la incluida en la ISO R1183.

2.1.3. Con picnmetro

Es adecuado para sustancias de pequeo tamao en forma de polvo, escamas, pasti-llas, grnulos, etc. Se pesa el picnmetro (figura 44.3) vaco (p1), se aade una cantidad de 1 a 5 gramos de sustancia y se pesa de nuevo (p2). La sustancia se cubre con agua destilada u otro lquido en el que sea inmiscible, y se elimina el aire ocluido con una bomba de vaco. Lue-go se llena el picnmetro con ms lquido y se termostatiza. Por ltimo se enrasa y se pesa de nuevo (p3). Se vaca el picnmetro, se llena slo con el lquido y se pesa (p4).

(p2 p1)Densidad relativa

(p3 p4) (p2 p1)-

= r- + -

donde r es la densidad del lquido de inmersin a la temperatura deseada.



Figura 44.3. Picnmetro

2.1.4. Densidad aparente de un slido granular o pulverulento

En la industria es muchas veces ms importante determinar la densidad aparente de un

slido granular o pulverulento, que su densidad real, pues aquella magnitud es bsica en los clculos de llenado de recipientes, transporte, etc.

La densidad aparente de un slido granular o pulverulento se define como la relacin entre la masa de una cantidad del slido y el volumen total ocupado por el slido en el recipien-te que lo contiene, es decir, el volumen ocupado por las partculas ms el volumen de aire de los espacios entre ellas. La densidad aparente se determina llenando completamente con el material pulverulento o granular, y enrasando luego, un recipiente de volumen conocido (Vr), y pesando posteriormente la cantidad de material en l contenido (m).

mDensidad aparente ,

Vr=

donde: Vr volumen del recipiente, en litros

M = masa del material, en gramos

2.2. DENSIDADES DE SUSTANCIAS LQUIDAS

2.2.1. Con volumenmetro

Se emplean picnmetros de volumen conocido llamados volumenmetros (figura 44.4), que automticamente queda determinado aqul. El peso se halla llenndolo con el lquido a ensayar y pesndolo seguidamente.



Figura 44.4. Volumenmetro

2.2.2. Con balanza de Mohr-Westphal

La balanza de Mohr-Westphal, hoy da casi en desuso, es una balanza especial con un

brazo dividido en diez partes iguales (figura 44.5). A la balanza le acompaan una probeta, un flotador de vidrio con un termmetro y una coleccin de cinco jinetillos o pesas, la mayor de ellas (P) repetida y las otras tres P1, P2 y P3 cada una de las cuales es diez veces menor a la anterior.

Figura 44.5. Balanza de Mohr-Westphal

El valor del peso de cada jinetillo es convencional y depende de su posicin en el brazo

de la balanza. As, si sta se ha equilibrado con las pesas P en la posicin 8, ms la pesa P1 en la posicin 3, ms la P2 en la 5 y ms la P3 en la 1 se tiene:

P = 0.8 P1 = 0.03 P2 = 0005 P3 = 00001 densidad = 0.8351 g/cm3



2.2.3. Con densmetros o aremetros

Los densmetros son varillas flotadoras huecas, con lastre en la parte inferior y gradua-das en unidades de densidad. Se fundamentan en el principio de Arqumedes, y no proporcio-nan gran exactitud en las medidas que realizan, aunque en muchos casos sta resulta suficien-te. Existen densmetros para lquidos ms densos que el agua y tambin para lquidos menos densos que el agua. Cuanto menor es la densidad de un lquido tanto ms se hunden en l los densmetros (figura 44.6).

Figura 44.6. Densmetros para lquidos ms y menos densos que el agua

Los aremetros tienen el mismo fundamento que los densmetros, pero se distinguen

de ellos porque vienen graduados en grados Baum, una unidad relativa de concentracin de los lquidos o de ciertas disoluciones. Aunque cada vez son menos usados, los grados Baum se pueden convertir en densidades y viceversa mediante las frmulas:

Para lquidos menos densos que el agua: a146

136 Br =

+

Para lquidos ms densos que el agua: a146

146 Br =

-

Algunos otros densmetros industriales especiales son, entre otros, los siguientes:

Alcohmetro de Gay-Lussac para bebidas alcohlicas; es un aremetro centesimal en el que los nmeros de la escala indican el porcentaje en peso de alcohol puro en una disolucin hidroalcohlica.



Lactmetro: Mide la densidad de la leche; su escala est graduada segn Quevenne de 15 a 40, comprendiendo densidades de 1.015 a 1.040, respectivamente.

Olemetro: Mide la densidad del aceite; sus escala est graduada de 50 a 0, com-prendiendo las densidades de 0.87 a 0.97 respectivamente.

2.3. DENSIDADES DE SUSTANCIAS GASEOSAS

La determinacin de la densidad de un gas es muy raramente realizada en el laborato-

rio. Con una balanza y balones especiales pueden medirse densidades relativas aproximadas, con relacin al aire u otro gas de referencia. Primeramente se determina el volumen del baln (figura 44.7) llenndolo con agua destilada, y luego su peso lleno de aire; posteriormente se da entrada al gas manteniendo las dos llaves abiertas a fin de expulsar el aire interior y hasta que las pesadas sean constantes. La densidad relativa al aire en aquellas condiciones de presin y temperatura ser: rr = (masa del gas problema/masa del gas de referencia), en esas condicio-nes.

Figura 44.7. Baln para la determinacin de la densidad de un gas

Suele expresarse la densidad relativa referida al aire en condiciones normales (1 atm y

0 C); como la densidad del aire en estas condiciones es 1.293 g/l resulta:

gas gas

aire gas

mr (en g/l)

V 1.29

rr = =

r

3. GEOMETRA Y ESTRUCTURA CRISTALINA

La estructura fisicoqumica de los materiales tiene gran importancia princi-

palmente en cuanto a la disposicin de los tomos, iones o molculas que constituyen el slido



y de las fuerzas de enlace entre ellos Si los tomos o iones de un slido estn ordenados se-gn una disposicin que se repite en las tres dimensiones, forman un slido que se dice posee estructura cristalina y es referido como slido o material cristalino. Ejemplo de materiales crista-linos son las sales binarias inicas (p.e. el cloruro de sodio), las arcillas, los metales, las alea-ciones y ciertos materiales cermicos.

La disposicin atmica en los slidos cristalinos se puede representar con-siderando a los tomos como los puntos de interseccin de una red de lneas en tres dimensio-nes. Esta red se denomina red espacial (figura 44.8) y se puede describir como una disposi-cin de puntos tridimensional infinita. Cada punto de la red espacial tiene idntico entorno. En un cristal ideal la agrupacin de puntos de la red en torno a todo punto dado es idntica a la agrupacin en torno a cualquier otro punto de la red cristalina. As, cada red espacial se puede describir especificando la disposicin de los tomos en una celdilla unidad que se repite como se muestra en la figura 44.8. El tamao y forma de la celdilla unidad puede describirse median-te tres vectores a, b y c, con origen en un vrtice de la celdilla unidad. Las longitudes axiales a, b y c y los ngulos axiales a, b y g son las constantes reticulares caractersticas del cristal.

J. Bravais demostr que catorce celdillas unidad estndar describan todas las redes posibles. Hay cuatro tipos de celdas unidad: simple, centrada en el cuerpo, centrada en las caras y centrada en la base. En el sistema cbico hay tres tipos de celda unidad: cbica simple, cbica centrada en el cuerpo y cbica centrada en las caras. En el sistema ortorrmbi-co hay los cuatro tipos. En el sistema tetragonal hay slo dos: simple y centrada en el cuerpo. El sistema monoclnico tiene celdillas unidad simple y centrada en la base, y los sistemas rom-bodrico, hexagonal y triclnico tiene slo el tipo simple de celdilla unidad.

Figura 44.8. Celdilla unidad del sistema cbico simple



Prcticamente todo lo que se conoce sobre la estructura cristalina ha sido descubierto a travs de estudios de difraccin de rayos X. La difraccin de rayos X se refiere a la dispersin de los rayos X mediante las unidades de un slido cristalino regular. Los patro-nes de difraccin o difractogramas que se obtienen se utilizan para deducir la disposicin de las partculas en la red slida. Para los modernos anlisis de cristales por rayos X se utiliza un difractmetro de rayos X que tiene un contador de radiacin para detectar el ngulo y la inten-sidad del haz difractado. Un registrador representa automticamente la intensidad del haz di-fractado mientras el contador se mueve a lo largo de un gonimetro que est sincronizado con la muestra sobre un rango de valores de 2q.

Figura 44.9. Ilustracin esquemtica de un difractmetro de Rayos X

Para comprender cmo se genera un difractograma, considrese la difrac-

cin de rayos X producida por tomos en los planos paralelos del cristal definidos por los ndi-ces de Miller (hkl) (figura 44.10). Inicialmente los dos rayos incidentes estn en fase entre s (esto es, su mximo y su mnimo ocurren en las mismas posiciones). La onda superior se di-fracta por un tomo de la primera capa, mientras que la onda inferior se dispersa por un tomo de la segunda capa.



Figura 44.10. Fundamento de la difraccin de rayos X

Para que estas dos ondas dispersadas queden en fase otra vez, la distan-

cia extra que viaja la onda inferior debe ser mltiplo entero de la longitud de onda (l) del rayo X, esto es:

BC + CD = 2d sen q = n l donde n = 1, 2, 3.., q es el ngulo entre los rayos X y el plano del cristal, y d es la distancia en-tre los planos adyacentes. La ecuacin anterior se conoce como ecuacin de Bragg en honor a sus descubridores William H. Bragg y su hijo Sir William L. Bragg. La figura 44.11 muestra el difractograma de una muestra de volframio puro; en cada pico se han indicado los ndices de Miller de cada plano cristalino, resultantes de la interpretacin del difractograma.

Figura 44.11. Difractograma de rayos X del volframio puro



4. PROPIEDADES TRMICAS

Las dos principales propiedades trmicas que permiten la identificacin de sustancias se relacionan con los cambios de estado de las mismas.

4.1. PUNTO DE FUSIN

El punto de fusin de un slido y recprocamente el punto de solidificacin de un lquido se define como la temperatura a la cual, para una presin dada, las fases slida y lquida estn en equilibrio, o dicho de forma cuantitativamente ms correcta, la temperatura a la cual las pre-siones de vapor de las fases slida y lquida son iguales. Es un valor constante para sustancias puras y sirve de valiosa ayuda en la identificacin de compuestos orgnicos slidos y en la de-terminacin de su pureza.

Figura 44.12. Diagrama tensin de vapor/temperatura. Las lneas continuas corresponden a la sustancia pura, las discontinuas a una disolucin de soluto no voltil en ella.

Aunque la interseccin de las curvas de presin de vapor slida y lquida definan una

temperatura nica para el punto de fusin de un slido, en las determinaciones experimentales raramente se observa este hecho a causa de los mtodos experimentales empleados.

La adicin de un soluto no voltil a un lquido produce un descenso en la presin de vapor de la fase lquida (ley de Raoult). A partir de la definicin de punto de fusin o solidifica-cin, resulta evidente que una disminucin en la presin de vapor de la fase lquida, se traduci-r en un descenso del punto de fusin o solidificacin (ver figura 44.12). sta es la base para la determinacin cualitativa y cuantitativa de impurezas en un slido mediante medidas del punto de fusin. Por otro lado, durante el proceso de purificacin de un producto slido, el intervalo del punto de fusin debe disminuir, y el punto de fusin debe aumentar, en tanto se van elimi-nando las impurezas en las sucesivas etapas de purificacin.



Existen multitud de mtodos instrumentales para la determinacin del punto de fusin, que agrupan a una serie de tcnicas concretas en tres grandes grupos.

4.1.1. Tubo capilar

Una pequea cantidad de la muestra pulverizada se introduce dentro de un capilar del-gado de vidrio y cerrado por un extremo, de 1 mm de dimetro por 100 mm de largo. La mues-tra se compacta en el interior del tubo hasta que se obtiene una columna de polvo de uno o dos mm de altura. El capilar se sita adyacente al bulbo de un termmetro introducido en un fluido que es objeto de calentamiento. Por observacin directa de la fusin se determina la tempera-tura a la que sta tiene lugar.

Mtodo con tubo de Thiele: Montado el equipo mostrado en la figura 44.13, se calien-ta el bao de aceite de silicona (antiguamente cido sulfrico) lentamente hasta unos 10 20 C por debajo del punto de fusin previsto de la muestra. Luego se va calen-tando a razn de unos 2C por minuto, con agitacin constante, hasta que tenga lugar la fusin. La muestra se observa a simple vista o con una lupa.

Figura 44.13. Tubo de Thiele

Mtodo con aparato Bchi: La parte esencial del aparato est constituida por un reci-piente en forma de U. En la rama posterior se sita un agitador accionado por un motor y en la rama anterior se sita el termmetro y el capilar o capilares con la muestra. En la caja inferior del aparato se sita el transformador de tensin para la resistencia elc-



trica que calienta el fluido, el interruptor la lmpara de iluminacin y el reostato para re-gular el calentamiento.

Figura 44.14. Aparato Bchi

4.1.2. Platina calefactora

Existen varios aparatos para la determinacin de puntos de fusin mediante el empleo

de platinas calefactoras.

El primero de ellos es el aparato Fisher-Johns, donde una pequea porcin del sli-do se sita entre dos lminas de vidrio del tipo cubreobjetos, que se sitan en un blo-que metlico calentado elctricamente. La temperatura se regula por medio de un reos-tato. La muestra se observa con ayuda de una lupa.

Los microscopios de Nalge-Axelrod, de Kofler, y otros, consisten en microscopios cu-ya platina se ha adaptado para poder calentar la muestra de forma controlada mediante una resistencia elctrica (figura 44.15).



Figura 44.15. Microscopio de Kofler

La temperatura de fusin se determina mediante termmetros tipo termopar o sondas

Pt-100 adaptadas a la platina.

4.1.3. Calorimetra Diferencial de Barrido (DSC)

La Calorimetra Diferencial de Barrido (Differential Scanning Calorimetry, DSC), y ante-riormente el anlisis trmico diferencial (ATD), constituyen los mtodos ms exactos de deter-minacin del punto de fusin de una sustancia. Se calientan simultneamente la muestra y una referencia inerte (p.e. almina) en el interior de horno controlado en temperatura y atmsfera. La muestra y la referencia estn situadas sobre dos pequeas platinas individuales dotadas de un sensor de temperatura y de una pequea resistencia que compensa las variaciones de tem-peratura que aparecen entre ellas a lo largo del proceso trmico, que puede ser endotrmico (p.e., fusin) o exotrmico (p.e, descomposicin). De la medida de la energa elctrica utilizada para compensar la diferencia de temperaturas entre muestra y referencia se obtiene un dia-grama frente a la temperatura del que se puede extraer, adems del punto de fusin con gran exactitud, el calor latente o entalpa de fusin de la muestra.

4.2. PUNTO DE EBULLICIN

El punto de ebullicin de una sustancia lquida se define como la temperatura a la que la presin de vapor del lquido alcanza el valor de 760 mmHg. Se determina normalmente por medio de una destilacin. Para ellos se utiliza el aparato representado en la figura 44.16, mon-tado preferiblemente con piezas de vidrio esmerilado para evitar fugas. Debe tenerse especial



cuidado en la colocacin del bulbo del termmetro, que debe colocarse a la entrada del refrige-rante.

Figura 44.16. Aparato para la destilacin sencilla

La determinacin por este mtodo requiere disponer de una cantidad relativamente

grande de sustancia; con frecuencia esto no es posible y deben usarse tcnicas semimicro. Estas tcnicas suelen involucrar el calentar de 0.3 a 0.4 ml del lquido en un tubo de ensayo dentro del cual se encuentra suspendido un termmetro. La muestra se calienta suavemente hasta que se obtiene un reflujo continuo del termmetro y las paredes del tubo de ensayo. De-ben tomarse precauciones para evitar un sobrecalentamiento de los vapores que originaran resultados errneos.

5. PROPIEDADES CALORFICAS

Las principales propiedades calorficas que caracterizan a las sustancias son el calor especfico, el calor de combustin y los calores latentes de fusin y vaporizacin.

5.1. CALOR ESPECFICO

El calor especfico de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de la sustancia un grado centgrado. Se mide en cal/g C. No es un valor constante sino que en la mayora de los casos depende del intervalo de tempe-ratura en que se realiza el ensayo, por lo que habr que especificar ste al presentar los resul-tados.



Si la cantidad de sustancia de que se dispone es grande, como por ejemplo en el caso de metales, se puede determinar mediante un calormetro sencillo o un vaso Dewar debida-mente aislado. Se calienta el cuerpo de masa conocida m a una temperatura bien determinada T2 e inmediatamente se introduce en un calormetro que contiene una cantidad previamente pesada de agua M a temperatura conocida T1 < T2; el cuerpo se enfra y el agua se calienta a su costa hasta una temperatura final comn T, tal que T1 < T < T2, pero las cantidades de calor ganada por el agua y perdida por el cuerpo es la misma. El calor especfico ce se calcula:

Calor perdido por el cuerpo = calor ganado por el agua, resulta que

m ce (T2 - T) = M (T - T1) ya que el calor especfico del agua es 1 cal/g C, de donde

1e

2

M (T T )c

m (T T ) -

= -

Para cantidades de muestra ms pequeas, o si se desea obtener ese dato con mayor

exactitud y en varios mrgenes de temperatura, la determinacin se realiza por la tcnica de DSC ya comentada, a partir de la determinacin de la pendiente de la recta calor absorbido vs. temperatura del diagrama de DSC.

5.2. CALOR DE COMBUSTIN

Los calores de combustin de sustancias combustibles se miden comnmente colo-cando una masa conocida del compuesto en estudio en un recipiente de acero, llamado bomba calorimtrica a volumen constante, el cual se llena de oxgeno a 25 atm de presin. La bomba cerrada se sumerge en una cantidad conocida de agua como se muestra en la figura 44.17.



Figura 44.17. Esquema de calormetro adiabtico con bomba calorimtrica

La muestra se enciende elctricamente, el calor producido por la combustin se calcula

con exactitud registrando el incremento de temperatura del agua. El calor liberado por la mues-tra es absorbido por el agua y el calormetro. El diseo especial de la bomba calorimtrica per-mite suponer adecuadamente que no hay prdida de calor (o masa) hacia el entorno durante el tiempo en que se hacen las mediciones. En consecuencia, se puede decir que la bomba calo-rimtrica y el agua en la que se sumerge constituyen un sistema aislado. Dado que ni entra ni sale calor del sistema, se puede escribir:

qsistema = qagua + qbomba + qreaccin

As, qreaccin = - (qagua + qbomba)

La cantidad qagua se obtiene por qagua = magua DT.

La cantidad qbomba, denominada equivalente en agua del calormetro, es constante para cada bomba, y se determina realizando un ensayo de combustin con una sustancia patrn de calor de combustin conocido (p.e. el cido benzoico).

5.3. CALOR LATENTE DE FUSIN Y DE VAPORIZACIN

La determinacin exacta de los calores latentes de fusin de slidos ya se describi en 4.1.3, aunque puede ser tambin realizada en un calormetro simple o vaso Dewar. Tambin por DSC se determinan calores latentes de vaporizacin de lquidos, calculados tradicional-mente mediante un aparato de calentamiento a reflujo al que se acopla una bomba de vaco y



un sistema de regulacin y medida de la presin en el interior del matraz. Para un lquido puro en equilibrio con la fase de vapor, la variacin de la presin de vapor de dicho lquido con la temperatura viene dada por la ecuacin de Clausius-Clapeyron. Si se considera que la entalpa de vaporizacin no depende de la temperatura, esa ecuacin toma la forma siguiente:

vap

1 2

Hp2 1 1log

p1 2.303 R T T

D = -

Determinando las temperaturas de ebullicin a varias presiones y representando grfi-

camente log p vs. 1/T se obtiene una recta de cuya pendiente se obtiene el valor de DHvap.

6. PROPIEDADES RELATIVAS A SUSTANCIAS LQUIDAS O A SUSTANCIAS EN DISOLUCIN

Otras propiedades fisicoqumicas de las sustancias lquidas o de las disolu-

ciones de sustancias slidas se utilizan para su identificacin y medida cuantitativa. Entre ellas se encuentran el ndice de refraccin, el poder rotatorio, la viscosidad, la tensin superficial, el peso molecular, la solubilidad en diversos disolventes, y las propiedades espectrales bajo di-versos tipos de radiaciones. Como ya se indic anteriormente, no se describen las dos prime-ras ni las ltimas ya que sern tratadas de forma especfica en los temas n 60 a 65.

6.1. VISCOSIDAD

La viscosidad es la resistencia que opone un fluido a fluir. Esta resistencia se opone al movimiento de unas partculas del fluido sobre otras adyacentes a las mismas, y se considera fruto del rozamiento interno de las molculas.

Sean dos lminas, de superficie S, de un fluido viscoso separadas por una distancia I, y que se desplazan una sobre otra con una velocidad v arrastrada por una fuerza F (figura 44.18).



Figura 44.18. Desplazamiento de dos capas paralelas en un fluido viscoso

Atendiendo a la determinacin experimental de la viscosidad, pueden distinguirse dos

tipos de viscosidad:

Viscosidad absoluta o dinmica: Su unidad es el poise, que es la viscosidad de un fluido tal, que para comunicar a una capa de 1 cm2 de superficie una velocidad cons-tante de 1 cm/s con respecto a otra capa separada 1 cm de la primera, es necesaria la aplicacin de una fuerza de una dina. Matemticamente se expresa por:

aF IS v

h =

donde: F = fuerza en dinas I = distancia en cm S = superficie en cm2 v = velocidad en cm/s

Como el poise es una unidad muy grande, se emplea el centipoise (cP), que equivale al milipascal por segundo (mPa s).

Viscosidad relativa o cinemtica: Es la relacin entre la viscosidad absoluta y la den-sidad del fluido:

a

r 3a

Viscosidad absoluta poisestoke (St)

densidad absoluta g cmh

h = = = =r

Como submltiplo del stoke se emplea normalmente el centistoke.



La viscosidad de las sustancias lquidas o gaseosas vara enormemente con la tempe-ratura, por lo que es necesaria una perfecta termostatizacin en las medidas si se de-sean resultados exactos y comparativos.

Existen numerosos tipos de viscosmetros, entre los cuales destacan por su importan-cia los siguientes:

Medida de la viscosidad dinmica o absoluta: Viscosmetro rotacional, remetro y vis-cosmetro de cada de bola o Hppler.

Medida de la viscosidad cinemtica o relativa: Viscosmetros capilares, viscosmetro Engler, viscosmetro Saybolt, consistmetro o copa Ford.

Viscosmetro rotacional: El viscosmetro rotacional es un instrumento de inmersin que mide la viscosidad dinmica; su principio de funcionamiento es el siguiente: se mi-de el par de torsin que ejerce la resistencia del fluido sobre un rotor girando a una ve-locidad determinada y constante, dentro de un fluido donde se determina la viscosidad. Con l se determina la viscosidad tanto de lquidos newtonianos o ideales como de flui-dos no ideales, esto es, aqullos cuya viscosidad depende de la velocidad de cizalla o de giro del rotor. El par resistente viene dado por una aguja indicadora fijada sobre el eje del rotor (figura 44.19). Esta aguja proporciona la lectura de la torsin ejercida sobre un resorte de cobre o berilio en espiral, donde el extremo central est fijado sobre el rbol del rotor y la otra extremidad sobre la aguja indicadora solidaria con el rbol del motor.

El clculo de la viscosidad, a cada velocidad de giro del rotor, se efecta multiplicando la lectura obtenida por una constante.



Figura 44.19. Viscosmetro rotacional

Viscosmetro de cada de bola o Hppler: Mide la viscosidad dinmica de fluidos new-tonianos o ideales. Se cronometra el tiempo de cada de una bola por el interior de un lquido, cuya viscosidad se quiere determinar. Por aplicacin de la ley de Stokes, que establece que la velocidad de cada de la bola depende, entre otros factores, de la vis-cosidad del fluido, se determina sta. El aparato consiste en un tubo de vidrio de unos 100 mm de longitud y colocado con una inclinacin de unos 10 sobre la vertical (figura 44.20). Segn la sustancia y la temperatura del ensayo, hay varias bolas calibradas de diferentes densidades y dimetros.

Viscosmetros capilares: Los viscosmetros capilares de Ostwald, Cannon-Fenske o Ubbelhode, consisten en un tubo de vidrio de forma irregular, una de cuyas ramas po-see un estrechamiento capilar con dos ensanchamientos en los extremos (figura 44.20).



Figura 44.20. Viscosmetro Hppler

Primero se calibra con agua destilada, midiendo el tiempo de descenso entre las dos marcas sealadas en el tubo, y luego se ensaya con el lquido problema a temperatura controlada. Por aplicacin de la ley de Poiseuille, que establece que el caudal que pasa por el capilar es funcin, entre otros factores, de la viscosidad cinemtica, se determina sta en centistokes. Se emplea mucho en el caso de fluidos ideales como los aceites hidrulicos.

Figura 44.20. Viscosmetro capilar de Ostwald



Los viscosmetros Cannon-Fenske y Ubbelhode son muy similares.

Consistmetro o copa Ford: Es exclusivamente de uso industrial, y determina rpida y fcilmente la viscosidad de pinturas, barnices y otros productos similares. El aparato consiste en una copa de dimensiones determinadas con un orificio en su fondo, que es-t apoyada en un trpode regulable en altura. Despus de termostatizar el aparato y la copa, la medida se realiza llenando la copa hasta el rebosadero y dejando caer el fluido a un recipiente situado debajo de la copa y cronometrando el tiempo de cada hasta que se produce por primera vez la rotura del hilo de fluido. El tiempo en segundos indi-ca la viscosidad en grados DIN (un grado DIN equivale a 0.1 Engler).

Viscosmetro Engler: Es uno de los viscosmetros relativos ms utilizados. Consta de un recipiente (figura 44.21) donde se coloca el lquido cuya viscosidad se mide, y un bao calefactor exterior de agua o aceite. El conjunto est soportado por un trpode, u otro medio cualquiera, con un nivelador de tornillos que lo mantiene horizontal. El en-sayo se efecta determinando con un cronmetro el tiempo que tardan en verterse 200 ml de agua destilada y el empleado por una igual cantidad del lquido problema a la misma temperatura. La viscosidad se calcula por el cociente:

Tiempo de vertido de 200 ml de lquido a t C

EnglerTiempo de vertido de 200 ml de agua a 20C

=

Figura 44.21. Viscosmetro Engler



6.2. TENSIN SUPERFICIAL

En una interfase lquido-gas, una pequea porcin aislada de lquido presenta atrac-ciones no compensadas entre las molculas de la superficie que conducen a la formacin de una gota ms o menos esfrica.

La existencia de dichas fuerzas atractivas es la causa de que la capa superficial de los lquidos tenga propiedades diferentes que el resto de la masa. Observando la figura 44.22 se deduce que, en efecto, una molcula A situada en el seno de un lquido, atrae a todas las con-tenidas en una esfera de centro A y radio igual a la mxima distancia a la que son efectivas las fuerzas intermoleculares (unos 10-5 mm) y es, a la vez, atrada por ellas. Siendo la resultante de dichas atracciones nula, la molcula puede moverse libremente.

Figura 44.22. Tensin superficial

En cambio, una molcula superficial B es atrada slo por las molculas de una semies-

fera como la citada, puesto que sobre ella no hay molculas gaseosas, cuya atraccin es poco importante. En conclusin, las atracciones sufridas por B se reducen a una fuerza P normal a la superficie del lquido y las tangenciales f y f que son las causantes de la tensin superficial y debidas a las atracciones de las molculas superficiales del lquido.

La tensin superficial presenta algunas aplicaciones y leyes de gran inters en qumica-fsica:

Capilaridad (Ley de Jurin): El ascenso de un lquido por un tubo capilar viene regido por la tensin superficial. Jurin enunci que los ascensos de un lquido en diferentes tubos capilares son inversamente proporcionales a los radios de stos.

Formacin de gotas (Ley de Tate): Al fluir lentamente un lquido por el extremo de un tubo vertical estrecho, se forma una gota que va creciendo poco a poco, pero cuando el



peso es suficiente se produce una estrangulacin y la gota cae. Hasta el momento de la cada de la gota, sta estaba sostenida por la tensin superficial existente a lo largo de la estrangulacin. Cuando el peso iguala a dicha tensin tiene lugar la cada, enun-cindola Tate como el peso de una gota es proporcional al radio del tubo y a la tensin superficial (s).

P = m g = 2 p r s

De esta frmula se deduce que todas las gotas que salen por un mismo orificio tienen idntico peso.

Formacin de meniscos: Al poner en contacto un lquido con una pared slida, la su-perficie del lquido se curva formndose los meniscos, que pueden ser cncavos o con-vexos.

Detergentes e impermeabilizantes: Hay una serie de sustancias solubles que, aadi-das al agua en una dosis muy dbil, son absorbidas positivamente en la interfase de forma extraordinariamente activa, lo que hace disminuir fuertemente la tensin superfi-cial. Estas sustancias, que actan intensamente sobre las propiedades superficiales, se denominan tensioactivos, siendo los principales los detergentes o jabones. As, un de-tergente disminuye el ngulo de contacto entre el slido y el lquido y hace que ste pase a mojar al slido.

Por el contrario, los productos impermeabilizantes aumentan el ngulo de contacto del lquido al que se aplican, dejando ste de mojar al slido; estos productos se aplican como impermeabilizantes frente al agua.

Para la determinacin de la tensin superficial de un lquido se emplea un dispositivo

denominado estalagmmetro. Se emplea para conocer la tensin superficial de un lquido por comparacin con otro de tensin superficial conocida. Como la masa de una gota es de deter-minacin difcil resulta ms cmodo contar el nmero de gotas (n) que contiene un lquido de densidad conocida. El estalagmmetro es un tubo capilar con un bulbo en la parte alta del tubo. Se introduce el extremo inferior en la cubeta del lquido; por el extremo superior se succiona con una pera de goma hasta que el fluido alcance el enrase 1 (figura 44.23).



Figura 44.23. Estalagmmetro

Se retira el tubo del vaso y se deja fluir libremente el lquido por el extremo inferior al

recipiente de origen, contando y anotando el nmero de gotas que salen del tubo, al pasar el lquido del enrase y al 2. El clculo de la tensin superficial se hace a partir de la ley de Tate:

VMasa de una gota m

nm g V g

Tensin superficial2 r 2 r n

r= =

r = s = =

p p

Utilizando un lquido de referencia (2) de tensin superficial conocida a la temperatura

de la experiencia, puede determinarse la del lquido problema (1), ya que:

1 1 2

2 2 1

nn

s r =

s r

Para el agua destilada s2 = 73 dinas/cm.

Existen modernos aparatos instrumentales (tensimetros) para la determinacin de la

tensin superficial; consisten en balanzas de precisin que determinan la fuerza necesaria para despegar de la superficie de un lquido un fino aro de metal precioso atrado por la tensin su-perficial.



6.3. PESO MOLECULAR

El peso molecular de una sustancia puede determinarse por varios mtodos; la mayora de ellos utilizan la ley de Raoult, es decir, los cambios observados en la presin de vapor des-pus de la adicin de un soluto no voltil a un disolvente puro, implicando medidas de disminu-ciones del punto de fusin (mtodo de Rast), aumentos en el punto de ebullicin, y a la iguala-cin de la presin de vapor (mtodos osmomtricos e isopisticos). Los pesos moleculares de sustancias voltiles pueden determinarse por aplicacin de la ley de los gases ideales, evapo-rando un peso conocido de sustancia a temperatura dada y midiendo el volumen y la presin resultante, o por espectroscopa de masas (ver tema 63). Los mtodos basados en la espec-troscopa de masas son los ms sencillos, pero requieren de instrumentacin costosa.

Mtodo de Rast: La adicin de un soluto no voltil a un producto slido produce una disminucin de la presin de vapor de la fase lquida en equilibrio con la fase slida (ver punto 4.1), y en ltimo lugar una disminucin en el punto de fusin del slido. La magni-tud de esta disminucin para una concentracin dada de la muestra es una constante caracterstica de la fase slida pura, y se denomina constante molar del descenso del punto de fusin. El peso molecular se calcula a partir de la ecuacin

Kf w 1000

Peso moleculart W

=

D

donde: Kf = constante de descenso del P.F. (pe. 40.0 para el alcanfor, 6.9 para el

naftaleno) w = peso en gramos de soluto W = peso en gramos del disolvente slido Dt = descenso del punto de fusin

El procedimiento es el siguiente: Se aade una cantidad cuidadosamente pesada de la muestra de la sustancia desconocida a una cantidad cuidadosamente pesada del disol-vente slido (la concentracin del soluto debe mantenerse por debajo de 10 y preferen-temente de 5% en moles). La mezcla se funde y se mezcla hasta que aparente ser homognea, determinndose a continuacin el punto de fusin de la mezcla y del di-solvente slido puro, a ser posible empleando el mtodo del tubo capilar. Se deja en-friar la muestra y solidificar y se vuelve a determinar el punto de fusin, repitindose el proceso hasta obtener resultados coherentes.

Mtodos crioscpicos: La determinacin de los pesos moleculares por las disminu-ciones del punto de congelacin de un lquido, es en teora lo mismo que las medidas



de las disminuciones en el punto de fusin cuando se trata de slidos. Sin embargo la tcnica experimental es ms compleja que en mtodo de Rast, puesto que las constan-tes molares de disminucin del punto de congelacin son menores que en aquel caso (1.86 en el caso del agua); por lo tanto se requerir mayor exactitud en la medida del descenso del punto de congelacin, siendo indispensables los termmetros de cent-simas de grado, como los Beckman. El aparato es tambin ms complejo (figura 44.24), ya que es necesario aislar el sistema del medio ambiente. Una complicacin adicional es que la solubilidad de muchos compuestos se reduce considerablemente a bajas temperaturas.

Figura 44.24. Aparato para determinar el punto de congelacin

Se coloca en el recipiente interior del aparato mostrado en la figura 44.24 una porcin cuidadosamente pesada del disolvente (de 25 a 50 g). Se calcula y dibuja la curva de enfriamiento para el disolvente puro manteniendo una velocidad de agitacin constante, tomndose como punto de congelacin la temperatura constante que aparece despus del subenfriamiento, cuando empieza la cristalizacin. El punto de congelacin debe determinarse cuando menos dos veces para asegurarse de la repetibilidad de la medi-da. Se aade a continuacin una porcin cuidadosamente pesada de la muestra des-conocida y se calcula y dibuja de nuevo la curva de enfriamiento de la disolucin. Des-pus del subenfriamiento, no se encontrar un tramo de temperaturas constantes, co-mo se encontr en el caso del disolvente puro; el punto de congelacin se determina por extrapolacin de la curva de enfriamiento, suavemente descendente, a partir del subenfriamiento, hasta la curva de enfriamiento inicial; la temperatura correspondiente a su interseccin se toma como punto de congelacin.



Medidas de elevacin del punto de ebullicin:

La adicin de un soluto no voltil a un disolvente produce una disminucin de su pre-sin de vapor y por lo tanto un aumento en el punto de ebullicin de la disolucin. El peso molecular del soluto se determina por:

Ke w 1000

Peso moleculart W

=

D

donde: Ke = constante de ascenso del P.E. (p.e. 0.512 para el agua, 2.53 para el

benceno) w = peso en gramos de soluto W = peso en gramos del disolvente lquido Dt = ascenso del punto de ebullicin

En la figura 44.25 se muestra un montaje caracterstico para esta determinacin.

Figura 44.25. Montaje para la determinacin del ascenso ebulloscpico: (A): condensador enfriado por agua (B): termmetro Beckman.

Mtodo isopistico: En el mtodo isopistico para la determinacin de pesos molecu-lares, se equilibra una disolucin conteniendo una cantidad definida de una sustancia patrn (MS) en un sistema cerrado, a temperatura constante, con una disolucin que contiene una cantidad medida de la sustancia desconocida (MX), en un tubo como el representado en la figura 44.26. Las presiones de vapor de las dos disoluciones sern diferentes al empezar el experimento a causa de la diferencia de concentraciones; en el equilibrio, las presiones de vapor, y en consecuencia las fracciones molares, deben ser



iguales para ambas disoluciones. Para poder alcanzar este equilibrio, debe producirse una transferencia del disolvente desde la disolucin ms diluida a la ms concentrada por medio de evaporacin y condensacin. El peso molecular (PMX) de la muestra des-conocida puede calcularse a partir de los volmenes finales de las dos disoluciones (VS y VX), el peso molecular de la sustancia patrn (PMS), la densidad del disolvente (r), su volumen (Vd) y el peso molecular del disolvente (PMd), segn

X X S S

X X X d S S S d

M PM M PMM PM V PM M PM V PM

=+ r + r

Mtodo osmomtrico: Cuando un disolvente puro y una disolucin de un soluto relati-vamente no voltil en este disolvente se sitan en un sistema cerrado, ocurre una transferencia de disolvente desde el disolvente puro a la disolucin por un proceso de evaporacin-condensacin. El proceso adiabtico de transferencia de disolvente pro-duce una diferencia de temperatura entre el disolvente puro y la disolucin debida al calor de evaporacin involucrado en la evaporacin y condensacin del disolvente. La diferencia de temperatura es proporcional a la diferencia de presin de vapor del disol-vente puro y de la disolucin, y en consecuencia, es proporcional a la concentracin del soluto y al tipo de disolvente usado. Se emplea en este caso un osmmetro de presin de vapor, aparato instrumental de elevado precio en el mercado.

Figura 44.26. Tubo isopistico para determinacin de pesos moleculares



6.4. SOLUBILIDAD

La solubilidad de una sustancia puede ser til para obtener informacin acerca de su estructura. En alguno de los textos citados en la bibliografa se pueden encontrar esquemas de marchas analticas para analizar la solubilidad de una muestra en distintos disolventes. Real-mente puede decirse que actualmente no se realizan casi nunca esos ensayos, ya que los m-todos espectroscpicos para detectar la presencia de grupos funcionales resultan ya habituales y asequibles (ver temas 60-65). Adems los ensayos de solubilidad efectuados con molculas complejas no conducen a resultados fiables.

RESUMEN

Ante lo desafortunado del ttulo del tema por generatista y ante la imposibilidad de abordar en extensin razonable todas las propiedades de todos los distintos tipos de materia y materiales y sus mtodos de ensayo, los contenidos del presente tema corresponden al ttulo ms preciso de:

PROPIEDADES FSICO-QUMICAS INTENSIVAS QUE CARACTERIZAN LAS SUSTANCIAS

No se describen en este tema el ndice de refraccin, el poder rotatorio ni las propieda-

des espectroscpicas, que sern descritas en tos temas 60-65.

La densidad absoluta se define como la relacin entre la masa de un cuerpo y el volu-men que ocupa en el espacio. Es necesaria la distincin entre densidad y peso especfico, y entre densidad absoluta y densidad relativa.

La densidad de un cuerpo slido se puede determinar mediante balanza y probeta, mediante balanza hidrosttica, mediante inmersin en mercurio o mediante picmetro.

La densidad de una sustancia lquida se determina mediante un aremetro o densme-tro de inmersin, mediante un volumenmetro o mediante la balanza de Mohr-Westphal.

La estructura fisicoqumica de los materiales tiene gran importancia principalmente en cuanto a la disposicin de los tomos, iones o molculas que constituyen el slido y de las fuerzas de enlace entre ellos. Si los tomos o iones de un slido estn ordenados segn una disposicin que se repite en las tres dimensiones, forman un slido que se dice posee estructu-ra cristalina y es referido como slido o material cristalino. Ejemplo de materiales cristalinos son



las sales binarias inicas (pe. el cloruro de sodio), las arcillas, los metales, las aleaciones y ciertos materiales cermicos.

Prcticamente todo lo que se conoce sobre la estructura cristalina ha sido descubierto a travs de estudios de difraccin de rayos X. La difraccin de rayos X se refiere a la dispersin de los rayos X mediante las unidades de un slido cristalino regular. Los patrones de difraccin o difractogramas que se obtienen se utilizan para deducir la disposicin de las partculas en la red slida. Para los modernos anlisis de cristales por rayos X se utiliza un difractmetro de rayos X que tiene un contador de radiacin para detectar el ngulo y la intensidad del haz di-fractado. Un registrador representa automticamente la intensidad del haz difractado mientras el contador se mueve a lo largo de un gonimetro que est sincronizado con la muestra sobre un rango de valores de 2q (Ley de Bragg 2d sen q = n l).

Las dos principales propiedades trmicas que permiten la identificacin de sustancias se relacionan con los cambios de estado de las mismas. El punto de fusin de sustancias sli-das se puede determinar mediante un tubo capilar (mtodos del tubo Thiele y del Bchi) o por calentamiento en platina. Tambin se emplea modernamente la tcnica instrumental de DSC.

El punto de ebullicin de un lquido se determina normalmente mediante destilacin simple.

El calor especfico de una sustancia y su calor latente de fusin se pueden determinar con un calormetro sencillo o mejor mediante la tcnica de DSC. El calor de combustin se de-termina en atmsfera de oxgeno en el interior de una bomba calorimtrica sumergida en un calormetro adiabtico. El calor latente de vaporizacin se determina mediante reflujo a distin-tas presiones y posterior representacin de la ecuacin de Clausius-Clapeyron.

Existen numerosos tipos de viscosmetros, entre los cuales destacan por su importan-cia los siguientes:

Medida de la viscosidad dinmica o absoluta: Viscosmetro rotacional, remetro, y vis-cosmetro de cada de bola o Hppler.

Medida de la viscosidad cinemtica o relativa: Viscosmetros capilares, viscosmetro Engler, viscosmetro Saybolt, consistmetro o copa Ford.

La tensin superficial se determina con un estalagmmetro o ms modernamente con un tensimetro instrumental.


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Para la determinacin del peso molecular de una sustancia se pueden emplear mto-dos crioscpicos, ebulloscpicos, osmomtricos o el mtodo isopistico.

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