TEMA 2: Sistemas materiales. 1. Propiedades de los sistemas materiales: a) Masa y volumen. b) Densidad. 2. Cambios de estado. 3. Teoría cinético molecular. a) Postulados. b) Interpretación de las características de los estados. c) Interpretación de los cambios de estado. 4. Leyes de los gases. La materia es todo lo que nos rodea, si consideramos sólo una parte, tenemos un sistema material. La materia está formada por diferentes sustancias. Según esto une con flechas las dos columnas: Definición Materia Sustancia Sistema material Ejemplo Globo Aire Nitrógeno, oxígeno. 1. Propiedades de los sistemas materiales. Las propiedades sirven para describir un sistema material. Algunas nos sirven para saber distingir las sustancias que forma el sistema, otras no. Por eso se clasifican en propiedades específicas y propiedades generales. Aluminio Temperatura de fusión: 660 ºC Conductividad: 37,7 10 6 S/m Cinc Temperatura de fusión: 420,53ºC Conductividad: 16,6 10 6 S/m Indica cuáles de las siguientes propiedades son específicas y cuáles generales: Temperatura de fusión Conductividad Longitud Color
a) Masa y volumen. Son propiedades generales de la materia. La masa nos indica la cantidad de materia que posee. Se mide con una balanza y su unidad es el kilogramo. El volumen nos indica el espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad es el m³ y para medirlo utilizaremos una regla o una probeta. MEDIDA CON REGLA MEDIDA CON LA PROBETA V cubo =l³ V prisma =altura anchura profundidad V esfera = 3 πr³ 4 Introducimos el objeto y medimos el agua desplazada. V =V final V inicial b) Densidad. La densidad es una propiedad específica, nos sirve para identificar una sustancia de otra. Tabla de densidades: La densidad nos mide la masa en relación con el volumen que ocupa: d = m V ( kg m ) 3 Para medir la densidad de un cuerpo debemos: Medir su masa en una balanza. Medir su volumen con una probeta o una regla. Mirando en la tabla di cuál es la densidad del aire Qué significa este valor? Cuál es la densidad de la gasolina? Qué significa este valor? Cuál es la densidad del acero? Qué significa este valor? Quienes son más densos: las sustancias líquidas o las sólidas? las sustancias gaseosas o las líquidas? Un sistema muy denso tiene mucha masa en una unidad de volumen, un cuerpo poco denso tiene poca masa en una unidad de volumen. Mira el dibujo: qué es más denso, el agua líquida o el hielo? por qué?
Calcula la densidad de un objeto de 5 cm 3 que tiene una masa de 15 g. Si la densidad del plomo es de 11,3 g/cm 3. Calcula: La masa de plomo que hay en 20 cm 3 de pomo. Calcula el volumen que ocupa 226 g de plomo. 2. Cambios de estado. La materia se presenta en tres estados: SÓLIDO-LÍQUIDO-GAS Podemos pasar de uno a otro modificando la temperatura o la presión. El gas butano está en estado líquido cuando se encuentra dentro de la bombona, pero al abrir la válvula cambia la presión y se transforma en gas. El agua sale del grifo en estado líquido, pero en el congelador se encuentra en estado sólido. El paso de un estado a otro recibe los siguientes nombre: Sublimación. Sublimación inversa. Licuación. Solidificación. Vaporización (evaporación o ebullición) Condensación. Coloca los nombres anteriores donde corresponda: Sólido Gas Líquido La VAPORIZACIÓN puede producirse de dos formas muy distintas EVAPORACIÓN- EBULLICIÓN, encuentra las dos diferencias entre estos dos cambios: El agua de un charco se evapora incluso en un día nublado. El agua de una cazuela comienza a hervir (ebullición) cuando está a 100º C pasando a vapor. El un bote de alcohol si lo dejamos abierto al cabo de un tiempo queda vacío, se ha evaporado. Si ponemos un poco de alcohol en una cazuela cuando está a 58ºC hierve.
3. Teoría cinético molecular. a) Postulados. La teoría cinética nos explica cómo es la materia a nivel microscópico a partir de observar su comportamiento. Nos dice que: La materia está formada por partículas pequeñas. Las partículas están en continuo movimiento. Las partículas se unen con fuerzas denominadas de cohesión y se repelen con unas fuerzas llamadas de repulsión. b) Interpretación de las características de los tres estados. Estado sólido Estado líquido Estado gaseoso Las fuerzas de cohesión y de repulsión son del mismo orden. Predominan las fuerzas de cohesión sobre las de repulsión. Las partículas sólo pueden vibrar alrededor de su posición de equilibrio y están muy juntas. Por eso, tienen forma fija, no pueden fluir, ni comprimirse y su volumen es siempre el mismo. Las partículas pueden desplazarse con cierta libertad pero sin alejarse unas de otras. Por esa razón los líquidos tienen volumen constante, se adaptan a la forma del recipiente porque fluyen y no se pueden comprimir. Predominan las fuerzas de repulsión sobre las de cohesión. Las partículas se mueven con total libertad y están muy alejadas unas de otras. Por eso los gases tienen forma variable, tienden a ocupar todo el volumen disponible, fluyen y se pueden comprimir. http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/ estados1.htm c) Interpretación de los cambios de estado. Cuando representamos la temperatura de un cuerpo con el tiempo que estamos calentando o enfriando obtenemos una gráfica de cambio de estado. Representa gráficamente los siguientes valores: T(ºC) -5 0 0 50 100 100 110 Tiempo de calentamiento (min) 0 5 10 15 20 25 30 http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/ estados1.htm Tras ver el enlace de internet, interpreta la gráfica. Importante: Durante el cambio de estado la temperatura permanece constante porque se están rompiendo las fuerzas de cohesión. Finalizado el cambio la temperatura aumenta porque las partículas se mueven más deprisa.
4. Leyes de los gases. a) Ley de Boyle y Mariotte. Los gases se pueden comprimir y expandir, es decir, disminuyen de volumen al aumentar la presión y aumentan de volumen al disminuir la presión. Esto se recoge en la LEY DE BOYLE Y MARIOTTE: Para una masa de gas, a temperatura constante, es producto de la presión que ejerce el gas por el volumen que ocupa es constante P 1 V 1 =P 2 V 2 = constante P 1 =1atm P 2 =3atm V 1 =24dm 3 V 2 =8 dm 3 Una masa de un gas ocupa 0,3 m 3 a una presión de 2 atm. Calcula el volumen que ocupará la misma masa de gas si la presión aumenta a 3 atm sin variar la temperatura. Unos alumnos quieren comprobar la ley de Boyle y Mariotte, por eso miden el volumen que ocupa 4 g de gas helio a 0 ºC, cuando lo someten a diferentes presiones: Presión (atm) Volumen (dm 3 ) P V (atm dm 3 ) 1 22,4 0,81 27,8 0,69 32,7 0,36 63,1 Se cumple la ley? b) Leyes de Charles y Guy-Lussac. 1. Estos científicos investigaron la relación que había entre la presión y la temperatura de un gas y encontraron que, a volumen constante, al aumentar la temperatura aumentaba la presión de tal forma que se cumple: = P 2 T 1 T 2 OJO: tenemos que poner la temperatura en kelvin P 1 En un recipiente hermético de un litro hay un gas a 25ºC que está a una atmosfera de presión. Si calentamos el recipiente hasta 90 º C, cuál será la presión final? 2. También descubrieron que si se mantenía constante la presión, si se aumentaba la temperatura aumentaba el volumen, es decir: = V 2 T 1 T 2 OJO: tenemos que poner la temperatura en kelvin 3. Si tenemos 2 L de un gas a 30 ºC cuánto tenemos que calentarlo para que ocupe 3 L si queremos que la presión sea constante? V 1