Tema 2 la materia y sus estados de agregación

LA MATERIA Y SUSESTADOS DE AGREGACIÓN TEMA 2

1. LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene una duración en el tiempo y una propiedad fundamental llamada masa. Por tanto pesa Se describe por sus propiedades, que pueden ser: Específicas: permiten Generales: no sirven para diferenciar una sustancia de poder identificar una sustancia otra (densidad, temperatura de(masa, volumen o temperatura) fusión,…)

Dentro de las propiedades de la materia algunas dependen de la cantidad de materia y otras noPropiedades extensivas: Propiedades intensivas: su valor depende de la su valor no depende de la cantidad de materia cantidad de materia La temperatura (T) es la medida de laLa masa (m) es la cantidad de materia que cantidad de energía térmica poseída por un contiene. Es una propiedad general de la objeto. Es una propiedad general de la materia y se determina por la inercia que materia. Se mide con el termómetro. En eltiene un cuerpo. Se mide con la balanza. SI se mide en K (kelvin). Es frecuente En el SI se mide en kg utilizar la escala Celcius. En los países de habla inglesa la FahrenheitEl volumen (V) es la cantidad de espacio La densidad (d) relaciona la masa de un que ocupa un sistema material. Es una cuerpo con el volumen que tiene. Es unapropiedad general de la materia y se mide propiedad específica y en el SI se expresa en el SI en m3. en kg/m3 m d  V

Equivalencias de las escalas de temperatura t (º C )  t ( K )  273 t (º F )  32 t (º C )  1,8

2. LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN DELA MATERIALa intensidad de las uniones entre las partículas que componen un sistema material determina su estado de agregación SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO El estado de agregación de una sustancia depende de las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentre.

Características de sólidos, líquidos y gases Son rígidos, no fluyensólidos Tienen forma y volumen propio Son difíciles de comprimir Son fluidoslíquidos No tienen forma propia Son difíciles de comprimir Son fluidos gases No tienen forma ni volumen propio Son fáciles de comprimir

La teoría cinético-molecular (TCM) Desarrollada a mediados del siglo XIX para justificar el comportamiento de los gases parte de las siguientes hipótesis Los gases están La temperatura del formados por Las moléculas están gas es la Entre las partículas partículas muy en continuo manifestación de de gas existen separadas entre sí. movimiento, este movimiento. fuerzas de atracción El volumen de las chocando entre sí y Cuánto mayor sea la o cohesión muy partículas con las paredes del velocidad de las débiles que son(moléculas) es muy recipiente que las partículas, mayor incapaces depequeño comparado contiene será la temperatura mantenerlas unidas con el volumen del del gas y viceversa. gas Pronto la TCM se extendió a los sólidos y líquidos, lo que permitió justificar los estados de agregación de la materia

Justificación de los estados de agregación, según la TCM Sólido: fuerzas de Gas: fuerzas de Líquido: fuerzas de atracción entre las atracción muy atracción menos partículas muy débiles. Por tanto, las intensas. Esto permite aintensas. Por eso, las partículas que las partículas fluir, es partículas ocupan componen el gas decir, desplazarse posiciones fijas muy pueden moverse con manteniéndose juntas próximas entre sí libertad

3. LOS GASES Para describir científicamente el comportamiento de los gases se utilizancuatro magnitudes: la cantidad de gas, el volumen que ocupa, la presión que ejerce y la temperatura a la que se encuentra Equivalencias entre unidades de presión Según la TCM, la presión de un gas es la fuerza que 1 bar = 100000 Pa ejercen las partículas al 1 atm = 101325 Pa colisionar entre sí y con las paredes del recipiente por 1 atm = 760 mmHg unidad de superficie. Se mide con el manómetro y 1 atm = 1013 mb su unidad en el SI es el pascal (1 Pa=1N/m2) 1 mb = 1 hPa

La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie que ejerce la atmósfera sobre los cuerpos que en ella se encuentran. El físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) determinó, mediante el barómetro de mercurio, que la presión de la atmósfera anivel del mar es igual a la que ejerce una columna de mercurio de 760 mm de altura. La presión atmosférica varía con la altitud y las condiciones ambientales

4. LAS LEYES DE LOS GASES Para simplificar el estudio de los gases, los científicos definen un gas hipotético, denominado ideal o perfecto, que se caracteriza por: Las moléculas que lo forman ocupan un volumen despreciable frente al recipiente, ylas fuerzas de atracción entre ellas son nulas. El comportamiento del gas real es más parecido al ideal cuanto más baja sea la presión y más alta su temperatura.El comportamiento de un gas ideal viene descrito por una serie de leyes muy sencillas llamadas leyes de los gases. LEY DE BOYLE Y MARIOTTE (enunciada a mediados del siglo XVII) es una ley empírica (obtenida a partir de diversos experimentos): “Para una determinada cantidad de gas y manteniendo constante la temperatura, el volumen que ocupa el citado gas es inversamente proporcional a la presión a la que está sometido”

p1 V1  p2 V2  kExpresión matemática de la ley de Boyle y Mariotte A T constante

Leyes de Charles (1787) y Gay-Lussac (1802): estudiaron, de forma independiente, la variación de la presión y el volumen con la temperatura V1 V V  2;  k, T1 T2 TPrimera ley de Charles V  k, T y Gay-Lussac:“Para una misma masa de gas y a presión T en kelvin. Para un valor de V igual a cero, la temperatura alcanza el valor 0 K (cero absoluto) constante, el volumen que ocupa el citado gas es directamente proporcional a su temperatura”

p1 p2 p Segunda ley de Charles y  ;  k ,, Gay-Lussac: T1 T2 T “Para una misma cantidad degas y a volumen constante, la p  k ,,  T presión que ejerce el citado T en Kelvin gas es directamenteproporcional a su temperatura”

La TCM explica por qué un gas: Ejerce una Ocupa todo elpresión: debido volumen del a los continuos recipiente: en su choques de las movimiento nomoléculas con las encuentran paredes del obstáculo y serecipiente que lo expandirá sin más contiene límites que el propio recipiente También explica Ley de Boyle Mariotte: al aumentar Leyes de Charles y Gay-Lussac: alel volumen del recipiente, aumenta la aumentar la temperatura, aumenta ladistancia entre las paredes, por tanto, velocidad de las partículas que las moléculas chocan menos veces chocarán con más fuerza y máscon la pared y la presión será menor. veces con las paredes del recipiente. Si las paredes no son rígidas, se desplazarán, aumentando el volumen del recipiente

5. LOS CAMBIOS DE ESTADO Un cambio de estado es el cambio físico que experimenta un sistema material al pasar de un estado de agregación a otro. Se caracterizan por: Durante el cambio Para cada presión de estado, la hay un valor de Son temperatura del temperatura de reversibles sistema material es cambio de estado constante

Esquema de los cambios de estado

Fusión (de sólido a Evaporación: a líquido cualquier temperatura Cambios de estado y en la superficie del progresivos: la líquidomateria absorbe calor Vaporización (dey pasa a un estado de líquido a gas) Ebullición: a una menor orden interno temperatura determinada y en Sublimación (de toda el volumen del sólido a gas) líquido Licuación o condensación ( de La energía absorbida gas a líquido) o desprendida en un Cambios de estado cambio de estado es regresivos: la una propiedadmateria cede calor al Solidificación (de específicaentorno pasando a un líquido a sólido) denominada calor estado de mayor orden interno latente de cambio de Sublimación estado, L. En el SI se regresiva (de gas a mide en J/kg sólido)

Si no cambia la presión y la sustancia es pura, cada cambio de estado tiene lugar a una temperatura fija, que se denomina temperatura de cambio de estadoPara una mezcla de sustancias, dichas temperaturas son variables, ya que sus valores dependerán de la composición que tengan Gráfica decalentamiento: el estudio experimental de los cambios de estado se realiza calentando o enfriando de forma continua la sustancia, mientras se anota, cada cierto tiempo, latemperatura que alcanza

6. LA TCM EN LOS CAMBIOS DE ESTADO Explicación de algunos cambios de estado Estado de agregación: depende de dos efectos opuestos, las fuerzas de atracción entre partículas Fusión: al elevarse la Vaporización: si sube la T del que hacen que tiendan a temperatura del sólido, líquido aumenta la energía deestar juntas y cohesionadas y aumenta la agitación de las las partículas y por tanto su por otro el estado de partículas y algunas velocidad. Las que se abandonan sus posiciones encuentran en la superficie del agitación de las partículas líquido escapan al exterior. Es con lo que se separan de su fijas y fluyen. Toda la energía que recibe la sustancia se la evaporación. posición de equilibrio. A una Si la temperatura es lo invierte en desmoronar la temperatura dada el estado estructura sólida. Por eso la suficientemente alta, cualquierde agregación dependerá de temperatura se mantiene partícula puede escapar del cuál predomine constante líquido y la vaporización tiene lugar en toda la masa del líquido, produciendo grandes burbujas; ebullición

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