SimuLab 12:Fuerzas Intermoleculares

 


Las fuerzas intermoleculares incluyen fuerzas de atracción y fuerzas de repulsión. En este Simulab usted investigará el efecto de estas fuerzas en el movimiento de las partículas a medida que la distancia entre ellas varía. 

Objetivo :

Reconocer las fuerzas que actúan entre las partículas de un gas y relacionarlas con el comportamiento macroscópico de la sustancia.


Al realizar este simulab, usted será capaz de:

Explorar las interacciones microscópicas de un par de átomos de un gas noble.

Estudiar como las fuerzas que actúan entre los átomos de un gas noble dependen de la distancia que los separa.

Investigar la relación entre la energía potencial interna y las fuerzas de interacción.

Verificar si la ley de conservación de la energía se cumple.

Relacionar la temperatura y las fuerzas intermoleculares con los cambios de fase.


Observando los gráficos de la energía potencial, complete la tabla que se presenta a continuación de los gráficos, prediciendo que le sucederá a dos partículas cuando :



Caso 1: sus centros están muy lejos uno de otro (3.5 veces el diámetro de la partícula)


Caso 2: sus centros están cerca (2 veces el diámetro de la partícula)


Caso 3: sus centros están más cercanos entre sí (1.2 veces el diámetro de la partícula)


Caso 4: sus centros están realmente cerca (menor igual a 1 diámetro de la partícula)

Complete la tabla considerando las siguientes opciones:

Fuerza entre las partículas: atractiva repulsiva ninguna

Cambios en la E. Cinética, Potencial y Total permanece constante aumenta disminuye

Estado Final
permanecen en la misma posición oscilan alrededor de la posición de equilibrio
se acercan
 se mueven libremente entre colisiones

 

Tabla 1
Casos

D

F 

 

E.C.

 

E.P.
E.T.

E.F.
1
3.5
              
2
2.0
              
3
0.9
              
4
1.2
              
D = Distancia entre las partícula
F = Fuerzas entre las partículas
E.C. = Cambios en la E.Cinética
E.P. = Cambios en la E.Potencial
E.T. = Energía total
E.F. = Estado Final

Ahora usted podrá probar sus predicciones.

1. Abra SMD, seleccione la carpeta Energy y luego el archivo Intermolecular.

Usted ve una partícula en el centro del panel de visualización.

2. Presione Start

La partícula esta totalmente inmóvil. Mire el gráfico de las energías en la parte derecha de la ventana de la simulación. Se muestra la energía cinética, potencial, y total de la partícula como funciones del tiempo a través de líneas rojas, azules, y negras, respectivamente. Si las líneas rojas o azules son invisibles, significa que coinciden exactamente con la línea negra.

3. Presionar Pause.

La Energía potencial de la partícula es cero, debido a que nuestra partícula no interactúa con otra, ni con su entorno.

P3.2: ¿Cuál es la energía cinética de la partícula? Explique su respuesta.

P3.3: ¿Cuál es la energía total del sistema?

4. Reactualice este experimento desde el archivo File, Seleccionando Reset Experiment.

Usted pondrá ahora, otra partícula a diferentes distancias del átomo existente y estudiará su interacción. Realice una copia de la tabla 1, (sin completar las columnas)

5. Seleccione Edit y elija Particles. En la ventana de diálogos Edit Particles, seleccione Add Particle G, y haga click cerca del borde de la caja, (lejos de la otra partícula); aparecerá una nueva partícula verde,

6. Presione Start, y espere cinco (5) unidades de tiempo antes de presionar Pause. Compare su observación actual con lo predicho anteriormente en el cuadro 1, para cada uno de los items.

7. Reactualize este experimento desde el archivo File, seleccionando Reset Experiment. Seleccione Edit y elija Particles. En la ventana de diálogos Edit Particles, seleccione Add Particle G y haga click a aproximadamente dos (2) veces diámetros de la partícula inicial. A continuación repita el paso 6.

8. Borre este experimento desde el archivo File, seleccionando Reset Experiment. Seleccione Edit y elija Particles. En la ventana de diálogos Edit Particles, seleccione Add Particle G y haga click a aproximadamente 0,9 veces el diámetros de la partícula inicial. A continuación repita el paso 6.

Los borde de las partículas están ahora muy cercanos. Nuestro modelo no permite que las partículas estén a una distancia menor a 0,8 veces el diámetro. Le sugerimos que una vez seleccionado Add Particle G, haga click en el interior de la partícula verde y repita esta operación desplazándose levemente hacia afuera hasta lograr que aparezca una nueva partícula verde.

9. Reactualize este experimento desde el archivo File, seleccionando Reset Experiment. Seleccione Edit y elija Particles. En la ventana de diálogos Edit Particles, seleccione Add Particle G y haga click a aproximadamente 1,2 veces el diámetros de la partícula inicial. A continuación repita el paso 6.

Después de realizado el paso anterior debe quedar un pequeño hueco entre las partículas.

P3.4: Explique los cambios observados en la Energía Potencial y en la Energía Cinética.

P3.5: Relacione el comportamiento observado de las partículas con el comportamiento de las partículas que forman un cristal.

10. Presione Pause y aumente la temperatura al valor 0,4.utilizando la pestaña Temperature. Luego presione Start.

Ahora se estudiará el efecto de la temperatura sobre el comportamiento de la partícula. La barra de Temperatura indica la Energía Cinética media de las partículas en cada instante. Aumentando este valor, se incrementa la Energía Cinética de las partículas en la misma cantidad. El gráfico de energías indica el valor medio de la Energía Cinética, el valor medio de la Energía Potencial y el valor medio de la Energía Total de cada partícula.

Para observar el valor exacto, puede posicionarse el cursor del mouse, (luego de haber pausado el experimento), sobre la posición del gráfico correspondiente. El primer valor corresponde la eje X y el segundo al eje Y.

P3.6: Esta experiencia corresponde a la fusión de un cristal.

Describa el comportamiento en términos de del gráfico de la energía Potencial .
Pista: observe la Fig. 3.2.

11. Presione Pause. Utilizando el cursor móvil de la ventana de Temperatura, aumente el valor de esta a 0,5, y luego presione Start.

Prediga el comportamiento de la partícula. Observe la partícula y determine si su predicción ha sido correcta.

P3.7: Este caso corresponde a la evaporación. Describa el comportamiento en términos del gráfico de la Energía Potencial. Pista: observe la Fig. 3.2.

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