TEMA 2 La naturaleza corpuscular de la materia

Transcripción

1 EMA 2 La naturaleza corpuscular de la materia Los estados de la materia Los tres estados de la materia poseen masa y ocupan un volumen * Los gases tienen forma variable (adoptan la del recipiente que los contiene) y su volumen también es variable, tienden a ocupar el máximo volumen disponible. * Los líquidos también tienen forma variable pero su volumen en constante. Los sólidos tienen una forma y volumen constante. La materia tiene dos tipos de propiedades: Generales: masa, volumen Características: Densidad, tfus, tebullición. Y otras muchas La densidad: una propiedad característica Densidad es la magnitud física que relaciona la masa y el volumen: masa( m) Densidad( ρ ) = volumen( V ) La densidad es una propiedad característica de la materia porque nos permite identificar una sustancia pura y diferenciarla de otra. Cada sustancia pura tiene siempre el mismo valor de densidad. Por ejemplo, el agua pura tiene una densidad de 1,0 g/cm 3. o su equivalente 1000 Kg/m 3. En general, la densidad de una sustancia pura en estado sólido es mayor que la densidad de esta misma sustancia en estado líquido y mayor aún que en estado gaseoso. El estado gaseoso Presión, P, volumen, V, y temperatura,, son las tres variables que definen el estado de un gas y están relacionadas entre sí y definen el estado de un gas. Los gases ejercen presión sobre las paredes de los recipientes que los contienen. La presión de un gas se mide con un manómetro y se expresa en atmósferas,( atm), y en milímetros de mercurio, mmhg. 1 atm = 760 mmhg = Pascales (Pa) Presión atmosférica es la presión que ejerce la atmósfera debido a su peso sobre la superficie de los cuerpos que están en contacto con ella. Se ejerce por igual en todas la direcciones y actúa perpendicularmente a la superficie de los cuerpos. Estudia cómo orricelli midió la presión atmosférica y si no entiendes pregunta.

2 Los gases son compresibles y tienden a ocupar todo el volumen disponible. Al calentar un gas aumenta su temperatura. La temperatura se mide con un termómetro y se puede expresar en grados centígrados, ºC, o en kelvin (K). (K) = t(ºc) +273 * La temperatura es una medida del contenido energético de las partículas del cuerpo o sistema ( sólido, líquido o gas). * Las partículas del cuerpo pueden almacenar la energía de varias formas, entre ellas como energía de traslación, energía de vibración o energía de rotación. El comportamiento de los gases (Leyes de los gases) Ley de Boyle-Mariotte. Para una masa fija de un gas, a temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales. Si la P V y viceversa si P V P V = P V La expresión matemática es: 1 2 El producto de la presión por el volumen es constante en cada momento (estado). Ley de Charles.- Para una masa fija de gas, si la presión se mantiene constante, el volumen y la temperatura absoluta son directamente proporcionales. Si la V y viceversa si V La expresión matemática es: V V =

3 Ley de Gay-Lussac Para una masa constante de gas, a volumen constante (recipiente rígido), la temperatura absoluta y la presión del gas son directamente proporcionales. Si la P y viceversa si P La expresión matemática es: P P =

4 Ley Combinada.- Se llama así a la combinación de las tres leyes anteriores en una sola. P V P V = 1 2 La temperatura () solo puede ir en Kelvin. Los cambios de estado El paso de sólido a líquido se denomina fusión y el inverso solidificación. El paso de líquido a gas recibe el nombre de vaporización, y el inverso, condensación. El paso de sólido a gas directamente se llama sublimación, y el inverso, sublimación inversa. La temperatura permanece constante durante todo el cambio de estado. La temperatura a la que se funde un sólido se llama punto de fusión, y aquella a la que hierve, punto de ebullición. El modelo cinético de los gases 1- Los gases están formados por un gran número de partículas muy pequeñas, sobre todo si se las compara con la distancia que las separa. 2- Entre partícula y partícula no hay nada, solo hay espacio vacío. 3- Estas partículas se mueven continuamente y de forma desordenada. 4- Las partículas, en su movimiento, chocan entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene el gas. 5- La velocidad de las partículas del gas aumenta al elevar la temperatura y disminuye, al descender. Cómo explica este modelo el comportamiento de los gases? Veamos 3 ejemplos 1º Cuando se calienta un gas, su temperatura aumenta Por qué? Al calentar un gas, sus partículas almacenan el calor que reciben en forma de energía traslacional (E = (½).mv 2 ) y como consecuencia aumentan su velocidad. Como la temperatura es una medida de la energía traslacional de las partículas, entonces, como éstas tienen más energía traslacional el termómetro señalará una mayor temperatura. 2º Por qué los gases ejercen presión? Cuando un gas está contenido en un recipiente, sus partículas se hallan en movimiento contínuo y chocan una y otra vez entre ellas y contra las paredes del recipiente. Estas colisiones son las responsables de la presión que ejerce el gas. 3º Por qué los gases son compresibles? La distancia a la que se encuentran las partículas de un gas es variable. Cuando el gas se expande, las partículas se separan. Cuando el gas se comprime las partículas se aproximan entre sí. Esto es posible porque la distancia entre partículas es muy grandes comparada con el tamaño de las mismas y además entre las partículas no hay nada, solo vacío.

5 De igual forma debes entender las explicaciones de las tres leyes de los gases utilizando el modelo cinético que el texto expone en la página 37 Cómo explica el modelo cinético el fenómeno de la difusión de los gases? Los postulados 3 y 4 son suficientes. El movimiento contínuo y caótico de las partículas hace que se produzcan colisiones (choques) frecuentes entre ellas y contra las paredes del recipiente lo que hace que al final los dos gases (aire y bromo) terminen mezclándose y obteniéndose un color único. Si no fuera por la difusión de los gases no podríamos oler ningún aroma. La eoría cinética de la materia Explica la constitución y el comportamiento de la materia. Generaliza el modelo cinético de los gases a los otros dos estados de la materia. 1º- La materia está formada por partículas muy pequeñas que no podemos ver a simple vista. 2º- Las partículas de los fluídos (liquidos y gases) están en movimiento contínuo de forma aleatoria. Aleatoria = al azar = caótica. 3º- Las partículas de los sólidos están unidas por grandes fuerzas de atracción y solo pueden vibrar alrededor de posiciones fijas pero no cambiar de posición. 4º- Las fuerzas de atracción entre las partículas de los líquidos son más débiles que en los sólidos. Las partículas de los líquidos forman grupos que cambian de posición. 5º- Las fuerzas de atracción entre las partículas de los gases son muy débiles. Las partículas de los gases se mueven a gran velocidad y en todas las direcciones. Hechos y observaciones que sirvieron para el desrrollo de esta teoría 1º- El movimiento Browniano. Los granos de polen se mueven de forma contínua como consecuencia de los choques de las partículas (moléculas ) de agua (A. Einstein 1905). 2º- Los sólidos se disuelven, incluso si no los agitamos. 3º- Los líquidos se difunden. Si dejamos caer una gota de tinta en un vaso de agua vemos como a medida que pasan los segundos la gota se va difundiendo y por ello el color desapareciendo. 4º- El humo y el polvo se mueven. Para más detalles ir a la Página 38 del texto. 5.2 El comportamiento de la materia. eoría cinética pág 39 Para explicar las cuatro 4 observaciones anteriores son duficientes los dos primeros postulados de la teoría cinétia de la materia. Como las partículas de un fluído (líquido o gas) se mueven contínuamente de forma aleatoria. Una partícula ( ya sea de un sólido, de un líquido o de un gas) introducida en el fluído sufrirá contínuas colisiones de forma desordenada ( caótica). Este bombardeo contínuo sobre la partícula intrusa es lo que causa el movimiento browniano. Debes ser capaz de entender las otras tres explicaciones de los fenómenos restantes. Pág 39

6 5.3 Estados de agregación de la materia y la teoría cinética (pag 40) La teoría cinética de la materia para explicar las propiedades de los sólidos y los líquidos añade los postulados 3, 4 y 5 arriba citados, resumiendo: Que entre las partículas existen fuerzas de atracción que las mantienen unidas. Si no existiesen estas fuerzas de atracción, toda la materia se hallaría prácticamente en estado gaseoso. Recuerda: Los sólidos tienen grandes fuerzas de atracción. Sus partículas pueden vibrar alrededor de posiciones fijas pero no se trasladas. Las partículas se ordenan en las tres dimensiones del espacio formando una red o retícula. Los líquidos.- ienen volumen fijo pero pueden fluir y adoptar cualquier forma. Las fuerzas de atracción son menores que en el estado sólido, más débiles. Los gases.- No tienen volumen ni forma fijos, sino que fluyen sin dificultad y tienden a ocupar todo el espacio disponible, esto es debido a que las fuerzas de atracción son mucho más débiles que las de los líquidos. 5.4 Cambios de estado. Interpretación gráfica (Gráfica de cambio de estado) página 41 Lee el experimenta para poder entender cómo se construye la gráfica. (*) Zona de calentamiento del sólido (hielo) *. El hielo inicialmente está a -10 ºC. El calor suministrado es empleado para calentar el sólido por lo que su temperatura aumenta hasta llegar a los 0ºC. emperatura de fusión del hielo.

7 - En el tramo horizontal de la gráfica, temperatura es constante a 0ºC, nos indica que la sustancia está en proceso de cambio de fase (Fusión; Equilibrio: Sólido-líquido). El calor suministrado se emplea para romper la red (retícula) cristalina del estado sólido. Se llama Calor latente de fusión. Es una propiedad característica de cada sustancia pura. - Cuando desaparece el último trocito de hielo, la temperatura comienza a subir desde los 0ºC, nos encontramos en la zona de calentamiento del líquido (agua *), hasta que se alcanzan los 100ºC, es la temperatura de ebullición del agua. - Llegamos al segundo tramo horizontal de la gráfica, temperatura constante 100 ºC, nos indica que la sustancia está en proceso de cambio de fase (Ebullición; Equilibrio: líquido-vapor, gas). El calor suminstrado se emplea para romper las fuerzas de atracción entre las partículas del líquido. Se llama Calor latente de ebullición. Es otra propiedad característica de cada sustancia pura. - Cuando desaparece la última gota de agua, la tenpoeratura comienza a subir desde 100 ºC, nos encomtramos en la zona de calentamiento del gas(vapor***). Finalmente debes recordar: Punto de fusión.- Es la temperatura a la cual una sustancia pura pasa del estado sólido al estado líquido. Punto de ebullición- Es la temperatura a la cual una sustancia pura pasa del estado líquido al estado gaseoso.

8 Página 41: Debes memorizar el esquema con los nombres de las transiciones de estado o cambios de fase Ya los debes conocer de cursos anteriores. Los cambios de estado El paso de sólido a líquido se denomina fusión y el inverso solidificación. El paso de líquido a gas recibe el nombre de vaporización, y el inverso, condensación. El paso de sólido a gas directamente se llama sublimación, y el inverso, sublimación inversa. La temperatura permanece constante durante todo el cambio de estado. La temperatura a la que se funde un sólido se llama punto de fusión, y aquella a la que hierve, punto de ebullición. En las páginas 42 y 43 se explican los cambios de fase según la teoría cinética que a estas alturas ya te la sabes perfectamente así que solo tienen que leer las dos páginas con un mínimo de atención para ver si comprendes los fenómenos que te explican y fíjate cómo las palabras clave se repiten nuevamente. Un posible ejercicio sería resaltar esas palabras clave que se utilizan en la explicación de los 4 fenómenos. Página 44 Calor latente de fusión.- Es la energía que hay que suministar a una cantidad dada de una sustancia pura en estado sólido y en su temperatura de fusión para que se funda y pase al estado líquido Calor latente de ebullición.- es la energía que hay que suministrar a una cantidad dada de una sustancia pura en estado líquido y en su temperatura de ebullición para que pase del estado líquido al vapor (gas). Los puntos de ebullición y fusión, así como los calores latentes de las sustancias puras tienen valores constantes, es decir, siempre son los mismos valores para las mismas sustancias, es decir la tabls que aparace en el libro siempre será válida en cualquier parte del mundo y en cualquier tiempo, aunque pasen mil años. Por eso se les denomina propiedades características. Ejercicio: Observa la tabla y señala cuales de esas sustancias son sólidos, cuales líquidas y cuáles gases a la temperatura de 25 ºC. Otra propiedad característica que conoces de cursos anteriores es la densidad d = m/v Observa la tabla de la página 45 y disfruta una vez más cómo la teoría cinética permite comprender las diferentes densidades de las sustancias. Comportamiento anómalo del agua La mayoría de las sustancias puras tienen mayor densidad en el estado sólido que en el estado líquido, pero el agua NO. Observa la tabla y verás que el hielo tiene 917 (kg/m 3 ) mientras que el agua a 4ºC tiene kg/m 3 Es por ello que el hielo flota en el agua. Si has llegado hasta aquí, E FELICIO!!!!! POR U CAPACIDAD DE RABAJO