Los efectos de las fuerzas microscópicas sobre las propiedades macroscópicas

¿Qué son las fuerzas microscópicas?

¿Estás sentado en una silla ahora mismo? ¿Qué le impide caer de la silla directamente al suelo? Damos por sentado que dos objetos sólidos (como usted y la silla) no se atravesarán entre sí, pero incluso los sólidos se componen principalmente de espacio vacío, entonces, ¿qué impide que esto suceda?

Las fuerzas de contacto electrostático evitan que estas personas caigan de sus sillas.

Resulta que las fuerzas ejercidas por las diminutas partículas que componen toda la materia, los átomos , son todo lo que se necesita para mantenerte en tu silla. Los átomos se repelen entre sí debido a fuerzas electrostáticas microscópicas que ejercen partículas aún más pequeñas dentro de los átomos, protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente .

Las cargas iguales se repelen y las cargas diferentes se atraen.

Dos partículas con el mismo tipo de carga (ambas positivas o negativas) se repelerán entre sí, mientras que dos partículas con cargas opuestas (una positiva y otra negativa) se atraerán entre sí.

Entonces, cuando dos átomos se acercan, suceden tres cosas:

1. Los protones en el núcleo de cada átomo se repelen entre sí.
2. Los electrones de cada átomo también se repelen entre sí.
3. Mientras tanto, los protones de un átomo atraen a los electrones cargados negativamente del otro átomo.

El efecto de toda esta atracción y repulsión es que los átomos se atraerán entre sí cuando no estén muy juntos, pero cuando se acerquen mucho, las fuerzas repulsivas serán mayores que las fuerzas de atracción y los átomos se empujarán entre sí. lejos. Es solo este ‘empujón’ de los átomos vecinos lo que evita que se caiga de la silla. Los átomos que hay en ti empujan contra los átomos de la silla y los átomos de la silla empujan hacia atrás al mismo tiempo.

Líquidos, sólidos y gases

Además de crear fuerzas de contacto entre superficies, las fuerzas electrostáticas microscópicas entre átomos también determinan si una sustancia será sólida, líquida o gaseosa. Aunque no pueda verlos, los átomos siempre están en movimiento. A medida que aumenta la temperatura del objeto, los átomos vibran cada vez más. A medida que se mueven, empujan contra los átomos vecinos. Esto hace que los objetos sólidos se expandan a medida que se calientan.

Eventualmente, si las vibraciones de los átomos se vuelven lo suficientemente fuertes, los átomos se empujarán entre sí lo suficiente como para que el sólido pierda su estructura y se convierta en líquido. En un líquido, los átomos están más separados entre sí que en un sólido.

Si el líquido continúa calentándose, eventualmente los átomos se separarán aún más y entonces el líquido se convertirá en gas. Los átomos de un gas están muy separados entre sí, especialmente en comparación con los átomos de un sólido.

El aumento de temperatura hace que los átomos se muevan y se empujen entre sí, provocando transformaciones de sólido a líquido y a gas.

Enlace atómico y su efecto sobre las propiedades macroscópicas

Enlaces covalentes

Además de las fuerzas repulsivas generales entre átomos y moléculas vecinos, existen otros tipos de enlaces intermoleculares que pueden afectar las propiedades macroscópicas de los materiales. El enlace covalente entre átomos ocurre cuando los átomos vecinos comparten electrones. Esto crea un enlace muy fuerte entre los átomos y los materiales que contienen muchos enlaces covalentes suelen ser sólidos a temperatura ambiente. ¿Por qué crees que es?

Los enlaces covalentes crean estructuras sólidas, como este silicio.

Cuando los átomos comparten sus electrones, no pueden alejarse mucho unos de otros. Para convertirse en líquido o gas, los átomos deben separarse unos de otros, y el enlace covalente hace que esto sea mucho más difícil. Esta es la razón por la que los materiales que tienen una gran cantidad de enlaces covalentes, como plásticos y cerámicas, son típicamente sólidos a temperatura ambiente (¡e incluso a temperaturas mucho más altas)!

Enlaces iónicos

Un tipo de enlace más débil que puede existir entre átomos vecinos es el enlace iónico . Los iones se forman cuando los átomos ganan o pierden electrones y se cargan. Luego, los iones con carga positiva y negativa se atraen entre sí y crean un enlace iónico. El enlace iónico es más débil que el enlace covalente porque los átomos en realidad no comparten electrones.

Las sales, incluida la sal de mesa (cloruro de sodio) que probablemente usaste hoy en el almuerzo, están hechas de iones que están iónicamente unidos entre sí. Aunque la sal es un sólido a temperatura ambiente, si agrega un poco de agua, se disolverá rápidamente porque las moléculas de agua pueden separar fácilmente los iones de sodio y cloruro en la sal. Esto no funcionará para los átomos que están unidos covalentemente. ¡Intenta disolver un trozo de plástico en un vaso de agua! ¡No funcionará!

Enlaces de hidrógeno

Incluso más débil que el enlace iónico es el enlace de hidrógeno , que se produce cuando el hidrógeno se une covalentemente a un átomo fuertemente electronegativo como el oxígeno o el nitrógeno. Esto hace que los electrones dentro de la molécula se distribuyan de manera desigual y crea una molécula polar. Entonces, las partes más positivas de la molécula (los átomos de hidrógeno) son atraídas eléctricamente por las partes más negativas de la molécula (los átomos de oxígeno o nitrógeno).

El agua es un buen ejemplo de una sustancia que tiene muchos enlaces de hidrógeno. El enlace de hidrógeno en el agua hace que tenga un punto de ebullición más alto que moléculas similares. Es capaz de mantener una forma líquida a una temperatura mucho más alta que otras sustancias similares debido a las fuerzas de atracción entre moléculas vecinas.

Resumen de la lección

Toda la materia está hecha de átomos, que contienen protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente . Cuando dos átomos se acercan demasiado, se repelen porque los electrones en un átomo repelen a los electrones en el átomo vecino, y los protones en un átomo repelen a los protones en el átomo vecino. Esto ocurre porque dos cargas del mismo tipo siempre se repelerán. Esta fuerza microscópica se llama fuerza electrostática y explica por qué hay fuerzas de contacto entre dos objetos sólidos (como usted y la silla en la que está sentado) y también por qué los objetos sólidos pueden derretirse y convertirse en líquido y eventualmente en gas.

Los átomos también pueden unirse a otros átomos, y la naturaleza de esos enlaces microscópicos tiene un efecto profundo en las propiedades macroscópicas del material. Los enlaces covalentes son los más fuertes y ocurren cuando los átomos comparten electrones. Los enlaces iónicos se crean cuando los iones cargados son atraídos por otros iones que tienen carga opuesta. Esto también crea un enlace fuerte, pero se rompe más fácilmente que un enlace covalente. Los enlaces de hidrógeno existen debido a la atracción electrostática entre moléculas polares. Los enlaces de hidrógeno en el agua son responsables de su alto punto de ebullición en relación con otras moléculas similares.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador