3. 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,…)
4. Dentro de las propiedades de la materia algunas
dependen de la cantidad de materia y otras no
Propiedades 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 la
La 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 el
tiene 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 Fahrenheit
El 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 una
propiedad 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
5. Equivalencias de las escalas de temperatura
t (º C ) t ( K ) 273
t (º F ) 32
t (º C )
1,8
6. 2. LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN DE
LA MATERIA
La 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.
7. Características de sólidos, líquidos y gases
Son rígidos, no fluyen
sólidos Tienen forma y
volumen propio
Son difíciles de
comprimir
Son fluidos
líquidos No tienen forma
propia
Son difíciles de
comprimir
Son fluidos
gases
No tienen forma ni
volumen propio
Son fáciles de
comprimir
8. 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 de
pequeño 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
9. 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 a
intensas. 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
10. 3. LOS GASES
Para describir científicamente el comportamiento de los gases se utilizan
cuatro 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
11. 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 a
nivel 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
12. 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, y
las 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”
13. p1 V1 p2 V2 k
Expresión matemática de la ley de Boyle
y Mariotte
A T constante
14. 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 T
Primera 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”
15. p1 p2 p
Segunda ley de Charles y ; k ,,
Gay-Lussac:
T1 T2 T
“Para una misma cantidad de
gas y a volumen constante, la
p k ,, T
presión que ejerce el citado T en Kelvin
gas es directamente
proporcional a su temperatura”
16. La TCM explica por qué un gas:
Ejerce una Ocupa todo el
presión: debido volumen del
a los continuos recipiente: en su
choques de las movimiento no
moléculas con las encuentran
paredes del obstáculo y se
recipiente 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: al
el volumen del recipiente, aumenta la aumentar la temperatura, aumenta la
distancia entre las paredes, por tanto, velocidad de las partículas que
las moléculas chocan menos veces chocarán con más fuerza y más
con 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
17. 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
19. Fusión (de sólido a Evaporación: a
líquido cualquier temperatura
Cambios de estado y en la superficie del
progresivos: la líquido
materia absorbe calor Vaporización (de
y 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 propiedad
materia cede calor al Solidificación (de específica
entorno 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)
20. 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 estado
Para una mezcla de sustancias, dichas temperaturas son variables,
ya que sus valores dependerán de la composición que tengan
Gráfica de
calentamiento: el estudio
experimental de los
cambios de estado se
realiza calentando o
enfriando de forma
continua la sustancia,
mientras se anota, cada
cierto tiempo, la
temperatura que alcanza
21. Interpretación de gráficas de calentamiento y enfriamiento
Se trata de una curva de calentamiento del agua, ya que a medida
que transcurre el tiempo la temperatura aumenta
Tenemos agua a más de 100ºC, en estado gaseoso. El calor que le
comuniquemos se invertirá en aumentar su temperatura.
GAS
Cuando la temperatura
del agua líquida alcanza
Al llegar a 0ºC, todo el calor se invierte los 100ºC (T ebullición)
todo el calor se invierte
en fundir el hielo, por tanto la en vaporizar el agua (T
temperatura se mantiene constante cte)
LÍQUIDO Al seguir calentando la
temperatura del agua
líquida sube
Comunicamos calor al
hielo, que se invierte en
aumentar su temperatura SÓLIDO
22. 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 de
estar 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, cualquier
de 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
