1. Los estados de la materia

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2 1. Los estados de la materia Propiedades La materia que nos rodea aparece ante nosotros con muy diversos aspectos. Presenta distintas formas, colores, dureza, fluidez pero en general, consideramos que lo hace en los siguientes estados: Sólido, líquido y gas J. Dalton establece la teoría atómica de la materia cubito de hielo Agua gas encerrado (globo) Todo tipo de materia (sólido, líquido o gas) está constituida por partículas (átomos)

3 En un sólido, estas partículas ocupan posiciones determinadas en una red, alrededor de las cuales vibran cada vez más intensamente a medida que aumentamos la temperatura. Las fuerzas atractivas entre las partículas del sólido son muy intensas. En un líquido, estas partículas se mueven deslizándose unas cerca de otras y manteniéndose unidas por débiles fuerzas atractivas entre ellas. En un gas, estas partículas se mueven a grandes velocidades y las fuerzas atractivas son muy débiles (inexistentes). Los gases y los líquidos se adaptan a su recipiente, pero los gases además, pueden comprimirse y descomprimirse, lo que no puede hacerse con los líquidos 2. Los gases Modelo de gas ideal Mov. al azar + choque vs partículas-recipiente velocidades Si aumenta T, aumenta la velocidad + choques Interacciones PRESIÓN

4 Los choques producen el efecto que llamamos presión sobre las mismas Presión: fuerza por unidad de superficie, que ejercen las partículas del gas al chocar las partículas Paredes Entre partículas (SI) = 760 mm Hg De qué depende la presión que ejerce un gas? P = f (V, T, nº partículas) A más partículas, más presión A mayor volumen, menor presión A mayor temperatura, mayor velocidad, mayor presión Cómo comprobarlo? Experiencias/ Modelos Manteniendo constantes 2 variables, modificar 1 Boyle Gay-Lussac Charles

5 Ley de Boyle Modelo pistón = jeringa cerrada n = constante T = cte. ΔV volumen presión La relación entre la presión y el volumen es inversamente proporcional Ley de Boyle: a temperatura constante, para una determinada cantidad de gas, el producto presión por volumen permanece constante

6 Ley de Gay-Lussac Modelo caja cerrada = olla a presión n = constante V = cte. ΔT temperatura presión Ley de Gay-Lussac: a volumen constante, la presión de un gas en un recipiente, depende directamente de la temperatura absoluta

7 Ley de Gay-Lussac + Escala absoluta de temperaturas (grados Kelvin) Calentar gas + Enfriar = obtener cero absoluto n = constante V = cte. ΔT ΔP La relación entre la presión y el temperatura es directamente proporcional Al disminuir T del gas refrigerándolo, disminuye progresivamente la presión A menor T ( frío ) Las partículas se mueven más lentamente (-agitación) Menos colisiones = disminuye la presión A qué T la presión del gas en el recipiente se hará cero? Partículas estarán en reposo T ( congelación ) T críticas (-200ºC o menores)

8 Origen de coordenadas = -273 C Cero grados absolutos = 0 Kelvin Inalcanzable Principio de termodinámica Escala absoluta de temperaturas T (K) = t ( C) + 273

9 Ley de Charles Modelo émbolo = jeringa abierta P = constante Pint = Pext ΔT ΔV La relación entre la temperatura y el volumen es directamente proporcional Ley de Gay-Lussac: a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta

10 Ecuación de estado de los gases ideales T = constante V = cte. Δn ΔP Ley de Boyle Gay-Lussac Ec. Gases ideales n = cte Ecuación de los gases ideales: la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional al volumen del recipiente. Nuestra constante, tomará un valor para cada nº partículas de gas que consideremos

11 Si establecemos unas condiciones de presión y temperatura (condiciones normales) llamaremos a esta cantidad de gas un mol del mismo. Condiciones normales: P = 1 atm, T = 273 K, V = 22,4 L 44,8 L 2 moles 67,2 L 3 moles Un mol es la cantidad de átomos de 12 C que se encuentran en 12,0000 gramos de carbono. Este número de átomos es el número de Avogadro (cte. de Avogadro). Unidad de cantidad de sustancia química N A = 6.02 x átomos/mol cte = k = nr n = mol R = cte gases ideales condiciones normales R = 0,082 atm L/K mol

12 Mezclas, disoluciones y sustancias puras Materia: todo aquello que ocupa espacio y tiene masa. Sistema material: porción de materia que se considera de forma aislada para su estudio. Sustancia: un tipo concreto de materia. Sistemas materiales heterogéneos: son sistemas que cuando se observan a simple vista o al microscopio, muestran partes diferenciadas que tienen distintas propiedades. Ex: sangre, leche, nata montada microscopio Sistemas materiales homogéneos: son sistemas que presentan un aspecto uniforme incluso al microscopio. Tienen las mismas propiedades en cualquiera de sus partes. Los sistemas materiales formados por varios componentes o sustancias se llaman mezclas. Mezclas homogéneas Mezclas heterogéneas Aire limpio y seco Humo (S + G), nata montada (S+G)

13 Si las partículas de los componentes de las mezclas heterogéneas son suficientemente grandes, pueden verse a simple vista. < décimas de milímetro microscopio Partículas mezclas heterogéneas dispersas suspensión Ex: zumo, pintura Coloides/ dispersiones coloidales 10-6 < x < mm Ex: emulsiones, geles, espumas Si las partículas x < 10-6 mm mezcla homogénea o disolución Métodos de separación de los componentes de las mezclas heterogéneas: Los componentes de las mezclas heterogéneas tienen diferentes propiedades como: Estado de agregación Densidad Identificar sustancias + Separación componentes mezcla Solubilidad

14 Propiedades generales: Masa: propiedad de los sistemas materiales que mide la cantidad de materia que poseen. Kilogramo = Kg (SI) Balanza Volumen: propiedad de los sistemas materiales que nos informa de la cantidad de espacio que ocupan. Metro cúbico = m 3 (SI) Representa el volumen de un cubo de un metro de lado Propiedades específicas: Color, brillo, dureza, conductividad, densidad, T fusión dependen de la clase de sustancia pero no de su cantidad ni forma. El cociente entre la masa y el volumen constituye un dato característico de cada sustancia d = m V Kg/m 3 (SI) g/cm 3 (SI) Densidad: masa que corresponde a un volumen unidad de la misma Densidad de algunas sustancias (kg/m 3 ) Aire 1.29 Dióxido de carbono 1.98 Agua 1000 Porexpán 50 Aluminio 2700 Mercurio 13600

15 Separación de los componentes de las mezclas heterogéneas: Componentes con estado de agregación Filtración Separación S-L Material filtrante (papel) Componentes con densidad Sedimentación Separación por acción de la gravedad Decantación Sólido-Líquido,, Líq-Líq Centrifugación Rotación cias. peso de componentes con densidad Sedimentaciones más rápidas Componentes con solubilidad Disolución selectiva

16 Mezclas homogéneas: Disolución: Un sistema homogéneo formado por la mezcla de dos o más componentes. Disolvente: componente mayoritario de la disolución. Soluto: componente minoritario Disolvente + Soluto Disolución El estado inicial del disolvente y del soluto puede ser sólido, líquido o gaseoso. Disolvente Soluto Disolución formada Ejemplos Sólido Sólido Líquido Gas Sólido Aleaciones Amalgamas Hidrógeno en platino Líquido Gas Sólido Líquido Gas Sólido Líquido Gas Líquido Gas Azúcar en agua Alcohol en agua Oxígeno en agua Humo Aire húmedo Aire Disoluciones diluidas: la cantidad de soluto en relación con el disolvente es << concentradas: cantidad soluto alta. saturadas: el soluto está en la máxima proporción posible.

17 Concentración: proporción de soluto en una determinada cantidad de disolución. ccccccccccccc = cccccccc dd ssssss cccccccc dd dddddddddd Concentración en masa: gramos de soluto en cada litro de disolución ccccccccccccc ee mmmm = mmmm dd ssssss (g) vvvvvvv dd dddddddddd (L) Tanto por cien en masa: gramos de soluto en cada 100 gramos de disolución % mmmm = mmmm dd ssssss (g) mmmm dd dddddddddd (g) 100 No confundir con la densidad de una disolución: dddddddd = mmmm dd dddddddddd (g) vvvvvvv dd dddddddddd (L)

18 Solubilidad: máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad de disolvente a una temperatura determinada. SSSSSSSSSSS = gggggg dd ssssss 100 g dddddddddd = g ssssss 100 cc 3 dddddddddd El mol: cantidad de sustancia que contiene tantas unidades como átomos hay en 12 g de 12 C Átomo: parte más pequeña de un elemento que puede formar parte de una molécula o intervenir en un proceso químico. Un mol de átomos de cualquier elemento contiene átomos de ese elemento y su masa, llamada masa molar, viene dada por la masa atómica expresada en gramos. mmmmm (n) = gggggg (m) mmmm mmmmm (M) La masa molar permite transformar gramos de sustancia en moles y viceversa. Concentración molar: relación entre número de moles de soluto y volumen de la disolución ccccccccccccc c = mmmmm n VVVVVVV L