Estados de la materia. Teoría cinética. Gases. Leyes gases. Estados y TCM. Cambios de estado. Curvas de calentamiento

1. TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA ESTADOS DE AGREGACIÓN
SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO
 Tienen masa constante
 Volumen fijo, por lo que
no se pueden ni
comprimir ni expandir
 Forma fija
 No pueden fluir
 Su densidad, es mucho
mayor que la de gases, y,
por lo general, mayor que
en líquidos (con alguna
excepción importante: el
agua). No varía con la
temperatura
 Tienen masa constante
 Volumen fijo (se pueden
comprimir con altísimas
presiones
 Forma variable,
adoptando la forma del
recipiente que los
contienen
 Si pueden fluir
 Su densidad, es mucho
mayor que la de gases, y
menor que la de sólidos ,
salvo el caso del agua.
Varía poco con la
temperatura
 Tienen masa constante
 Volumen variable (se
pueden comprimir y
expandir)
 Forma variable,
adoptando la forma del
recipiente que los
contienen
 Si pueden fluir
 Su densidad, es muy baja,
y muy variable con la
temperatura

2. DENSIDAD (RECORDATORIO)
Esta magnitud física da idea de cómo de agrupada se encuentra la materia.
Exactamente, indica la relación existente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa
Matemáticamente:
𝜌 =
𝑚
𝑉
(𝑆𝐼:
𝑘𝑔
𝑚3)
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

3. ESTADO GASEOSO
Debido a las características de los gases, resulta complicado manejar masas. Los científicos
recurren a otras magnitudes (presión, temperatura y volumen), ya que definen el estado del gas,
y, por tanto, permiten determinar la masa de dicho gas
Relaciona la fuerza ejercida
por unidad de superficie:
𝑝 =
𝐹
𝑆
La unidad de presión en SI es
el Pascal (Pa), aunque
también se utilice el bar y la
atmósfera (atm):
1𝑏𝑎𝑟 = 105
𝑃𝑎
1𝑎𝑡𝑚 = 101325 𝑃𝑎
= 760𝑚𝑚𝐻𝑔
El volumen de un gas, dadas
las características de estos,
será el del recipiente.
En SI, el patrón es el 𝑚3
, pero
es muy común utilizar
unidades de capacidad:
1𝑚3
= 1000𝐿
1𝑑𝑚3
= 1𝐿
1𝑐𝑚3
= 1𝑚𝐿
Es una medida del calor
ganado o perdido por un
cuerpo; en ningún caso debe
confundirse con calor.
Existen distintas escalas:
• CELSIUS (℃)
• KELVIN (K), usada en el SI
𝐾 = ℃ + 273´15
• FARENHEIT (℉)
PRESIÓN TEMPERATURAVOLUMEN
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

4. LEYES DE LOS GASES
El estudio de los gases en los siglos XVII y XVIII condujeron a unas leyes que explicaban el
comportamiento de los gases.
Entre ellas se encuentran:
Ley de Boyle-Mariotte Ley de CharlesLey de Gay-Lussac
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

5. LEY DE BOYLE-MARIOTTE
Esta ley relaciona la presión y el volumen de un gas, CUANDO LA TEMPERATURA ES CONSTANTE (es decir,
no varía)
“A temperatura constante, para
una misma masa de gas, el
producto de la presión de un gas
por el volumen que ocupa es un
valor constante”
Matemáticamente:
𝑝. 𝑉 = 𝑐𝑡𝑒 (𝑇𝑐𝑡𝑒)
𝑝1. 𝑉1 = 𝑝2. 𝑉2 (𝑇𝑐𝑡𝑒)
p (atm) V (L) p.V
(atm.L)
4 1 4
2 2 4
1 4 4
8
8
20
0´25
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

6. LEY DE GAY-LUSSAC
Esta ley relaciona la presión y la temperatura absoluta, CUANDO EL VOLUMEN OCUPADO POR UN GAS ES
CONSTANTE (es decir, no varía)
“A volumen constante, para una
misma masa de gas, el cociente
entre de la presión de un gas y la
temperatura a la que se encuentra
es un valor constante”
Matemáticamente:
𝑝
𝑇
= 𝑐𝑡𝑒 (𝑉𝑐𝑡𝑒)
𝑝1
𝑇1
=
𝑝2
𝑇2
(𝑉𝑐𝑡𝑒)
p (atm) T (K) p/T
(atm/K)
1 400 0´0025
0´75 300 0´0025
0´5 200 0´0025
0´25 100 0´0025
800
1´5
2
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

7. LEY DE CHARLES
Esta ley relaciona el volumen ocupado por un gas y la temperatura absoluta a la que se
encuentra, CUANDO LA PRESIÓN EJERCIDA POR EL GAS ES CONSTANTE (es decir, no varía)
“A presión constante, para una
misma masa de gas, el cociente
entre el volumen de un gas y la
temperatura a la que se
encuentra es un valor
constante”
Matemáticamente:
𝑉
𝑇
= 𝑐𝑡𝑒 (𝑃𝑐𝑡𝑒)
𝑉1
𝑇1
=
𝑉2
𝑇2
(𝑃𝑐𝑡𝑒)
V (L) T (K) V/T (L/K)
1 500 0´002
0´75 375 0´002
0´5 250
0´25
1000
1´5
2
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

8. TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR
También llamado Modelo Cinético-Molecular, fue desarrollada en el siglo XIX, y aunque en un
principio trataba de explicar el comportamiento de los gases, fue ampliándose hasta explicar el
comportamiento de sólidos y líquidos, así como los cambios de estado.
Se basa en unos postulados muy simples:
La materia está formada
por partículas muy
pequeñas, que
consideraremos esféricas
Las partículas se hallan en
constante movimiento
(traslación, vibración,
rotación), que aumentará
con la temperatura
El movimiento de las partículas
estará determinado por dos tipos
de fuerzas antagónicas:
 Fuerzas de cohesión: son
atractivas, y tienden a
mantener unidas las partículas
 Fuerzas de repulsión, tendente
a dispersar y alejar dichas
partículas
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

9. TCM Y ESTADO SÓLIDO
¿Cómo es su estructura
interna?
¿Cómo se explican sus propiedades?
 Las fuerzas de
cohesión son muy
grandes, y las
partículas están muy
próximas entre sí.
 Los movimientos de
las partículas son de
vibración (que
aumentarán con la
temperatura, y
viceversa)
 Al ser las fuerzas que mantienen unidas las partículas muy fuertes,
estas no pueden separarse, cambiar de posición, ni tampoco
aproximarse entre sí. De ahí que el volumen y forma de los sólidos
sean constante, que no puedan comprimirse, expandirse ni
deformarse.
 Al hallarse muy próximas las partículas, la densidad de los sólidos
será, por lo general, mayor que la de líquidos y gases
 Dado que al aumentar la temperatura las partículas vibran más
fuertemente, estas se separarán algo más. Esto explica la dilatación de
los sólidos. Al disminuir la temperatura, sucederá lo contrario.
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

10. TCM Y ESTADO LÍQUIDO
¿Cómo es su estructura
interna?
¿Cómo se explican sus propiedades?
 Las fuerzas de
cohesión son
menores que en
sólidos. Las
partículas se
encuentran en
grupos que pueden
deslizarse entre sí.
 Los movimientos de
las partículas son de
traslación y
vibración (que
aumentarán con la
temperatura, y
viceversa)
 Al ser aún fuertes las fuerzas entre partículas,
estas no pueden separarse, por lo que los
líquidos no se expanden. La ligera compresión
se explica porque las partículas podrán
aproximarse ligeramente al no estar
rígidamente unidas.
 Al deslizarse entre sí los grupos de partículas,
podrán adaptarse a la forma del recipiente
 La densidad de los sólidos será, por lo general,
menor que la de sólidos, pero mayor que la de
gases
 Dado que al aumentar la temperatura las
partículas vibran más, y los desplazamientos
de grupos de partículas serán mayores, la
densidad disminuirá. Al disminuir la
temperatura, sucederá lo contrario.
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

11. TCM Y ESTADO GASEOSO
¿Cómo es su estructura
interna?
¿Cómo se explican sus propiedades?
 Las fuerzas de
cohesión son muy
débiles, por lo que las
partículas se mueven
libremente (por todo
el recipiente). Como
consecuencia, estarán
muy separadas
 Los movimientos de
las partículas son de
traslación (que
aumentarán con la
temperatura, y
viceversa)
 Al ser casi nulas las fuerzas entre partículas, y
estar muy separadas entre sí, un cambio en el
volumen no modificará las condiciones. Por ello
los gases pueden comprimirse y expandirse
 Por la misma razón, un cambio en la forma del
recipiente, no modificará las condiciones. Por ello
los gases adoptar la forma del recipiente
 La densidad de los gases será muy baja, al hallarse
las partículas muy dispersas (muy poco
agrupadas)
 Al aumentar la temperatura las partículas se
moverán más, aumentando la separación entre
ellas, con lo cual la densidad disminuirá. Al
disminuir la temperatura, sucederá lo contrario.
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

12. CAMBIOS DE ESTADO
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

13. CAMBIOS DE ESTADO
FUSIÓN-SOLIDIFICACIÓN
Cambios de estado entre sólido y
líquido, que se producen A LA
MISMA TEMPERATURA, llamada
PUNTO DE FUSIÓN (o temperatura
de fusión), cuyo valor depende del
tipo de sustancia)
VAPORIZACIÓN-CONDENSACIÓN
Es el cambio general de estado entre líquido y gas.
Si el cambio de líquido a
gas se realiza únicamente
en la superficie del líquido,
a cualquier temperatura, el
proceso se denomina
EVAPORACIÓN
Si el cambio de líquido a
gas se realiza en todo el
líquido, y a una
temperatura fija
(TEMPERATURA O
PUNTO DE EBULLICIÓN),
el proceso se denomina
EBULLICIÓN
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

14. CURVAS DE CALENTAMIENTO
• TRAMO A-B: A medida que se calienta el
sólido, este aumenta su temperatura,
pero permanece en ese estado. Las
partículas aumentan su vibración
• TRAMO B-C: Cambio de estado, y como
puede verse, NO HAY CAMBIO DE
TEMPERATURA mientras se produce. El
calor se “invierte” en romper la
estructura del sólido
• TRAMO C-D: A medida que se calienta el
líquido, este aumenta su temperatura,
pero permanece en ese estado. Las
partículas se mueven más rápido
• TRAMO D-E: Cambio de estado, y de
nuevo, NO HAY CAMBIO DE
TEMPERATURA mientras se produce. El
calor se “invierte” en romper la
estructura del líquido.
• TRAMO E-F: A medida que se calienta el
gas, este aumenta su temperatura, pero
permanece en ese estado. Las partículas
se mueven más rápido
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA

15. (SABER MÁS) OTROS ESTADOS DE LA MATERIA
• ¿Qué es el plasma?
LINK1
• ¿Cómo funcionan los
televisores de plasma?
LINK2
PLASMA
• ¿Qué son los cristales
líquidos?
LINK1
• ¿Cómo funcionan las
pantallas LCD?
LINK2
CRISTALES LÍQUIDOS
TEMA2:LANATURALEZA
DELAMATERIA