TEMA 2 SISTEMAS MATERIALES

Transcripción

1 TEMA 2 SISTEMAS MATERIALES. Objetivos / Criterios de evaluación O.2.1 Conocer las características de los estados de agregación de la materia. O.2.2 Conocer la teoría cinética de la materia y sus consecuencias. O.2.3 Explicar la existencia de la presión atmosférica. O.2.4 Conocer el concepto de calor latente. O.2.5 Aplicar los cambios de estado para obtener alguna sustancia de gran interés comercial. O.3.1 Sustancias puras y mezclas. O.3.2 Diferenciar entre elemento y compuesto. O.3.3 Explicar las diferencias entre mezclas homogéneas y heterogéneas. O.3.4 Identificar los componentes de una disolución y los tipos de disoluciones. O.3.5 Mencionar ejemplos de mezclas de uso cotidiano. O.3.6 Conocer las formas de medir la concentración de una disolución. O.3.7 Reconocer las técnicas de separación de mezclas heterogéneas y homogéneas. O.3.8 Conocer el concepto de solubilidad y los factores que la afectan. O.3.9 Manejar material de laboratorio sencillo. O.3.10 Preparar diseños experimentales adecuados para separar los componentes de una mezcla. O.3.11 Reconocer que existen mezclas perjudiciales para la salud y el medio ambiente. 1. Materia y densidad (página 38) Def. Materia: Es todo aquello que tiene masa y que ocupa un volumen. Def. Densidad: Es una magnitud física que indica la masa que tiene un cuerpo por unidad de volumen. Sus unidades en el S.I. son el kg/m 3. d= m v 2. Estados de agregación y teoría cinética (página 40) Cualquier sustancia, en función de sus condiciones de temperatura o presión, puede presentar 4 estados de agregación distintos: sólido, líquido, gaseoso o plasmático. La teoría cinética considera que la materia está formada por partículas diminutas que se encuentran en continuo movimiento. El movimiento de las partículas tiene relación con su energía, es decir, con su temperatura. A mayor temperatura, mayor energía y mayor movimiento. Los estados de agregación. Cuando las partículas están frías ocupan un lugar determinado en el cuerpo, y vibran alrededor de ese lugar, la forma del cuerpo y su volumen permanecen constantes. Este estado se denomina sólido. Cuando las partículas tienen más energía abandonan su posición fija pero permanecen más o menos unidas unas con otras, el cuerpo tiene volumen fijo pero no forma fija. Este estado se denomina líquido.

2 Si las partículas tienen más energía aún, alcanzan mayor temperatura, la energía del movimiento de cada una es mayor que la que las mantiene unidas y por tanto se separan. El cuerpo no tiene forma fija ni volumen constante. Este estado se llama gas. Cuando las partículas se mueven libremente y, al colisionar entre ellas, debido a su altísima temperatura, se desprenden electrones, podemos considerar que estamos ante un estado de plasma. Es decir, gases con muy alta temperatura y con partículas ionizadas. 3. Escalas de temperatura (página 41) Def.: La Temperatura: es la magnitud que mide la energía cinética media de las partículas de un cuerpo. El valor de la temperatura se mide con los termómetros. La escala de temperatura absoluta Kelvin es una escala científica cuyo cero se encuentra a la temperatura a la que se supone que las partículas de un cuerpo dejan de vibrar. Es una escala centígrada, que significa que entre los puntos de fusión y de ebullición del agua hay 100 grados. El punto de fusión del agua se encuentra a 273 K y el de ebullición a 373 K. La escala de temperatura Fahrenheit es la que se utiliza en los países de tradición anglosajona. No es una escala centígrada. El punto de fusión del agua es 32ºF y el de ebullición 212ºF. La escala de temperatura Celsius es la escala de uso internacional en los países de tradición no anglosajona, es una escala centígrada. El punto de fusión del agua es de 0ºC y el de ebullición 100ºC. Cambios de escala de temperatura C = 100 F 32 K 273 = Los cambios de estado (página 42) La temperatura incrementa la movilidad de las partículas de los cuerpos y produce como consecuencia cambios de estado de agregación de los cuerpos. En estos cambios de estado también influyen otras magnitudes como la presión. Cambios de estado Son procesos físicos por los que una sustancia pasa de un estado a otro sin que se altera la naturaleza de la sustancia

3 5. Efectos de la temperatura y la presión (página 42) Solidif Def.: Presión: es una magnitud física escalar que mide la fuerza icació ejercida por unidad de superficie. Se calcula dividiendo la Fuerza entre la superficie sobre la que ésta se ejerce. Sus unidades en el SI son el Pascal (Pa). Otras unidades son los milímetros de mercurio (mm de Hg), milibares, (mb) y atmósferas (atm). Para cambiar de unidades 1 atm = 760 mmhg = Pa = 1013 mb Def.: Presión de vapor: es la fuerza ejercida sobre un gas encerrado en un recipiente cerrado contra las paredes del recipiente. Un incremento de la presión dificulta los cambios de estado en los que hay un incremento de volumen, como de sólido a líquido o de líquido a gaseoso. Un descenso de la presión facilita los cambios de estado en los que hay un incremento de volumen. Cambios ebulloscópicos y crioscópicos Punto de fusión es la temperatura a la que se funde un sólido a una presión atmosférica de 1 atmósfera. Punto de ebullición es la temperatura a la que hierve un líquido a una presión atmosférica de 1 atmósfera. Cuando una sustancia tiene disuelta otra, sea cual sea esta, desciende su temperatura de fusión (descenso crioscópico) e incrementa su punto de ebullición (aumento ebulloscópico) 6. La presión atmosférica Def.: Presión atmosférica: es el peso que ejerce la atmósfera sobre la superficie terrestre y sobre los cuerpos que se encuentran en ella. Es el peso de la columna de aire sobre los cuerpos. La presión atmosférica se mide con barómetros. Las unidades utilizadas actualmente son los hectopascales (hpa). Una presión atmosférica normal es de 1013,25 hpa. También podemos decir que es 1 atmósfera, 760 mmhg, 1013,25 mb o Pa Cuando la presión atmosférica es baja, menos de 1013 hpa, se dice que estamos en una Borrasca (B) y el clima es inestable y nuboso. Cuando la presión atmosférica es alta, más de 1013 hpa, se dice que estamos en un Anticiclón (A) y el clima es estable y despejado. Se llaman isobaras a las líneas que unen los puntos con igual presión atmosférica en los mapas meteorológicos.

4 7. Cambios de estado y teoría cinética (página 44) Evaporación, ebullición y condensación: Las partículas con más energía del líquido se acercan a la superficie y pueden escapar convirtiéndose en gas. Cuanta más temperatura tiene el líquido, más partículas se acercan a la superficie y escapan. Al contrario, cuando las partículas del gas van perdiendo energía, se van deteniendo y chocando entre sí o con las paredes del recipiente convirtiéndose en líquido. En el caso de la ebullición, la energía suministrada hace que las partículas venzan la presión a que están sometidas y se conviertan en gas formando burbujas. El punto de ebullición, la temperatura a la que ebulle una sustancia, es una propiedad característica de ella y sirve para identificarla, pero como varía con la presión, suele tomarse como referencia la temperatura de ebullición a 1000 hpa. Fusión y Solidificación: La temperatura que se suministra a un sólido se utiliza en romper los enlaces entre sus partículas, no para incrementar la temperatura. El sólido se desmorona y se convierte en líquido. Al contrario, cuando pierde energía, sus partículas se van deteniendo, se aproximan y los enlaces se hacen más fuertes. Su estructura se forma y se convierte en líquido. El punto de fusión, la temperatura a la que funde una sustancia, es una propiedad característica de ella y sirve para identificarla, pero como varía con la presión, suele tomarse como referencia la temperatura de fusión a 1000 hpa. Sublimación directa e inversa: Cuando las partículas de la superficie de un sólido tienen energía suficiente, se separan y pasan al estado gaseoso directamente. Al contrario, algunas partículas gaseosas al chocar contra el sólido pueden perder la energía suficiente para pasar al estado sólido de una vez. 8. Calor latente y calor específico Def. Calor específico: es la energía que debe suministrarse a un kg de sustancia para que incremente su temperatura un grado centígrado. Q = Ce m t Donde Q es el calor que hace falta suministrar Ce es el Calor específico del cuerpo M es la masa del cuerpo t es el incremento de temperatura experimentado (t f -t i ) Def. Calor latente: es la cantidad de energía que hay que suministrar a un kg de sustancia para producir un cambio de estado sin incremento de temperatura. Calor latente de fusión: Es el calor necesario para que un kg de una sustancia pase de estado sólido a líquido sin incremento de temperatura. Se representa L f. Calor latente de vaporización: Es el calor necesario para que un kg de una sustancia pase de líquido a gas sin incrementar la temperatura. Se representa L v Q = m L f Q = m L v Donde Q es el calor que hace falta suministrar M es la masa del cuerpo L f o L v es el calor latente de fusión o de vaporización, según el caso

5 .10. La presión. Leyes de los gases (página 48) Son variables de estado de un gas su temperatura, su volumen y la presión que ejerce sobre el recipiente que lo contiene. Un gas se encuentra en un estado determinado cuando tiene un valor concreto para cada una de estas variables. Leyes de los gases Ley de Boyle-Mariotte. La presión y el volumen de un gas, a temperatura constante, son inversamente proporcionales. A mayor presión, menor volumen y viceversa. P V= constante Ley de Charles-Gay-Lussac. La temperatura y la presión en un gas, a volumen constante, son directamente proporcionales. A mayor presión, mayor temperatura y viceversa. P T = constante La temperatura y el volumen en un gas, a presión constante, son directamente proporcionales. A mayor temperatura mayor volumen, y viceversa. V T = constante Ley de gases ideales En la ley que refunde, en una sola, las dos anteriores P 0 V 0 T = constante P 0 V 0 T 0 = P 1 V 1 T Clasificación de la materia (página 52) Podemos clasificar las sustancias atendiendo a su aspecto: Def. Sustancia homogénea: Decimos que una sustancia es homogénea cuando tiene un aspecto uniforme y no se distinguen partes en él. Algunas de estas sustancias son mezclas y otras no. Def. Sustancia heterogénea: Decimos que una sustancia es heterogénea cuando no tiene un aspecto uniforme y se distinguen partes diferenciadas en él. Todas estas sustancias son mezclas. Podemos clasificar las sustancias atendiento a su composición: Def. Sustancia pura: Decimos que una sustancia es pura cuando mantiene sus propiedades al dividirla en partes tan pequeñas como podamos. En términos químicos, una sustancia es pura cuando todos sus átomos o todas sus moléculas son iguales.

6 Las sustancias puras pueden ser de dos tipos: Def. Elemento: Una sustancia pura es un elemento si todos los átomos son iguales. Los elementos pueden estar formados por átomos individuales, todos iguales, como el hierro, o átomos iguales agrupados en moléculas, como el oxígeno, O 2, cuyos átomos están agrupados de dos en dos. Def. Compuesto químico: Es una sustancia pura formada por moléculas todas iguales entre sí, constituidas a su vez por átomos de distintos elementos químicos, como el agua, H 2 O (dos átomos de hidrógeno y uno de agua), o la sal común, NaCl, (un átomo de sodio Na y otro de cloro Cl). Def. Sustancia compuesta (mezcla): Es aquella que está formada por moléculas pertenecientes a distintas sustancias. Tipos de Mezclas: Def. Mezclas homogéneas: son aquellas en las que no podemos distinguir sus partes a simple vista. También se llaman disoluciones. Def. Mezclas heterogéneas: Son aquellas en la que podemos distinguir sus partes. 12. Disoluciones (página 54) Def. Disolución: es una mezcla homogénea de dos o más componentes. Al que se encuentra en mayor cantidad se le llama disolvente. A los demás solutos. Sólido+sólido (aleación metálica) Sólidas Sólido+líquido (amalgama de Hg) Tipos de disolución Por el estado de agregación Por el grado de saturación Líquidas Gaseosas Insaturadas Saturadas Sobresaturadas Sólido+gas (piedras gasificadas) Líquido+sólido (agua salada) Líquido+líquido (agua y vino) Líquido+gas (bebida gaseosa) Gas+sólido (humo) Gas+líquido (aire húmedo) Gas+gas (atmósfera) Diluidas Concentradas

7 Def. Concentración: de una disolución es la medida de la cantidad de soluto por unidad de disolvente que hay en la disolución. Formas de medir la concentración Tanto por ciento en masa: Se calcula dividiendo la masa de soluto entre la masa de disolución y multiplicando por cien. Una disolución del 20 % en masa de cobre en oro significa que de cada 100 gramos del total, 20 son de cobre y 80 de oro. masa de soluto 100 % enmasa masa de disolución Tanto por ciento en volumen: Se calcula dividiendo el volumen de soluto entre el volumen de disolución y multiplicando por cien. Es la forma en que se mide el alcohol de las bebidas alcohólicas. Por ejemplo, un licor en cuya etiqueta figura % vol 40, significa que de cada 100 partes de volumen, 40 son alcohol puro y 60 de otro líquido. % vol volumen de soluto 100 volumen de disolución Masa de soluto por volumen de disolución: Se calcula dividiendo la masa de soluto en gramos entre el volumen de disolución en litros. Por ejemplo, 1 litro de una disolución 20 g/l de sal en agua se prepara poniendo 20 gramos de sal y añadiendo agua hasta rellenar 1 litro. masa de soluto( gramos) Concentración Volumen de la disolución ( litros) Def. Solubilidad: es la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad fija de disolvente a una temperatura determinada Def. Curvas de solubilidad: Son gráficas en las que representamos la solubilidad entre un soluto y un disolvente a distintas temperaturas. Variación de la solubilidad con la temperatura Al incrementar la temperatura disminuye la solubilidad de gases en líquidos. Por ejemplo, en un refresco con gas, si está caliente y lo abres se va el gas porque no está disuelto. Al incrementar la presión aumenta la solubilidad de gases en líquidos. Por ejemplo, en un refresco con gas, mientras está cerrado (a presión) el gas se encuentra dentro del líquido disuelto, al abrirlo salen las burbujas del gas. 13. Ósmosis y capilaridad Def. Membrana semipermeable: Es una membrana que permite el paso de disolvente líquido pero no el de sales disueltas. Def. Ósmosis: Es el paso de un disolvente a través de una membrana semipermeable de una disolución diluida a otra más concentrada. Es el mecanismo por el que se preparan, por ejemplo, los jamones serranos. La carne fresca se recubre de sal y el agua de la sal sale del jamón, éste se seca y se cura.

8 Def. Capilaridad: Es el ascenso de un líquido húmedo por las paredes de un recipiente. Es el proceso, por ejemplo, por el que asciende el líquido por el interior de una pajita dentro de un refresco, aunque no sorbamos por ella. 14. Separación de mezclas