El estado sólido
Introducción
¡Hola!
¡Qué emoción volvernos a encontrar! Espero que sigas con ese mismo ímpetu de la primera clase y sigas aprendiendo, por lo tanto te invito a esta séptima clase titulada El estado sólido del curso de Química Universitaria.
En esta clase estudiaremos los temas: Propiedades de los sólidos y Diagramas de fases (Presión en función de Temperatura).
La importancia del estudio de las propiedades de los sólidos radica en el auge que tiene la innovación en la manufactura de nuevos materiales, biomateriales y nanomateriales a escala industrial.
Estas creaciones nacen en los procesos de investigación aplicada y están directamente relacionadas con la comprensión de la microestructura y la macroestructura en la mejora de las propiedades mecánicas o eléctricas de los sólidos, esto a través de elaborar materiales compuestos para una gran variedad de aplicaciones en la industria automotriz, aeroespacial, de telecomunicaciones, farmacéutica, química y petroquímica, ya sea haciéndolos más ligeros, más resistentes, mejores conductores, mejores semiconductores, más atractivos, según sea el uso que se requiera. Todo ello juega un papel fundamental en la ciencia de los materiales y en el estilo de vida moderno.
Habiendo comentado esto ¡te invito a que iniciemos la clase!
Desarrollo del tema
4.1. Propiedades de los sólidos
Sólido
Es un estado de la materia que es estudiado por varias ciencias: Física del estado sólido, Ciencia de Materiales, Química del estado sólido, y la Mecánica de los sólidos. Presenta las siguientes propiedades. Ver tabla 1.
4.2. Diagramas de fases (Presión en función de Temperatura)
De acuerdo con Wikipedia (2021):
Los diagramas de fases
Son una valiosa herramienta para comprender la microestructura, la cual es ampliamente estudiada en química, geología y ciencia de los materiales.
- Estos diagramas contienen información con fundamentos termodinámicos como el rango de composición.
- En estos diagramas se muestran las fases de la materia en condiciones de equilibrio y la composición de las fases en un rango de presiones y temperaturas.
Fase
Es la porción de un sistema que posee las mismas propiedades en toda su extensión (arreglo atómico, composición y propiedades) y con una interfase (con toda otra fase vecina). Puede tener uno o varios componentes.
Componente
Es el tipo de material que puede distinguirse de otro por su naturaleza de sustancia química diferente.
Una sustancia pura (es decir con un solo componente) puede presentarse en dos de sus estados físicos en determinadas condiciones y así identificarse dos fases con diferente acomodo atómico y propiedades para cada una y además tener una clara superficie de separación entre ellas (interfase).
Los equilibrios entre fases pueden corresponder a los más variados tipos de sistemas heterogéneos. Ver figura 1.
Ejemplos:
- Un líquido en equilibrio con su vapor.
- Una solución saturada en equilibrio con el soluto en exceso.
- Dos líquidos parcialmente solubles el uno en el otro.
- Dos sólidos totalmente solubles en equilibrio con su fase fundida.
- Dos sólidos parcialmente solubles en equilibrio con un compuesto formado a partir de ellos.
De acuerdo con Kotz et al. (2005): a partir de los diagramas de fase se puede generar la siguiente información:
- Saber qué fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas, para condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).
- Conocer la solubilidad en el estado sólido y en el equilibrio, ya sea para un elemento en otro o un compuesto en otro compuesto.
- Calcular la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio inicia su proceso de solidificación y a qué temperatura ocurre este fenómeno.
- Conocer la temperatura a la que se funden las diferentes fases.
Para ilustrar el tema te invito a ver el siguiente video:
Por último, te pido que visites el siguiente sitio que contiene información muy interesante, con ello incrementarás tus conocimientos sobre la temática desarrollada en esta clase: La magia de los diagramas de fases, o cómo puede haber hielo a más de 100ºC
Conclusión
En conclusión, te invito a repasar lo siguiente:
El estado sólido presenta las propiedades generales:
- Tiene forma y volumen definidos.
- Su estructura es muy ordenada.
- Sus átomos permanecen sin movimiento.
- Sus moléculas están unidas por intensas fuerzas (cohesión).
- Presenta algunas propiedades específicas como: dureza, fragilidad, maleabilidad, ductilidad, tenacidad, inercia, punto de fusión, elasticidad, alta densidad, luminiscencia, color y propiedades ópticas y eléctricas.
- Los diagramas de fases Son una valiosa herramienta para comprender la microestructura, la cual es ampliamente estudiada en química, geología y ciencia de los materiales.
Los diagramas de fase contienen la siguiente información que resulta relevante:
- Saber qué fases están presentes a diferentes composiciones y temperaturas, para condiciones de enfriamiento lento (equilibrio).
- Conocer la solubilidad en el estado sólido y en el equilibrio, ya sea para un elemento en otro o un compuesto en otro compuesto.
- Calcular la temperatura en la cual una aleación enfriada bajo condiciones de equilibrio inicia su proceso de solidificación y a qué temperatura ocurre este fenómeno.
- Conocer la temperatura a la que se funden las diferentes fases.
Hemos llegado al final de la sesión y no me resta más que felicitarte por llegar hasta esta parte del curso. Te invito a que continúes con tu proceso formativo realizando la tarea asignada y mandarla como corresponde. Te encuentro próximamente.