Estados de la materia: Esquema general

Estados de la materia 1

-Estados de la materia: Esquema general

Materia Materia: todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen

Propiedades Generales No identifican la sustancia: masa y volumen Específicas Identifican el objeto

Densidad, color, sabor, rugosidad, tenacidad,

Densidad: De un cuerpo es la masa que contiene cada unidad de volumen y se representa por la letra d Densidad=Masa/volumen

Problemas de densidad Unidades g/cm3, Kg/m3, Kg/l,

Estados de agregación de la materia

Los 3 estados Cuadro(forma/volumen características vs Sólido, líquido, gas) Teoría cinética Las 4 bases de la teoría

cinética:

1. La materia está formado por partículas puntuales

2. las partículas se mueven y chocan sin perder energía en los choques. Son elásticos 3. Las partículas están sometidas a fuerzas de atracción y de repulsión

4.Entre partículas hay vacío Explica estados de

agregación

Sólido Fatrac>>Frep Líquido Fatrac=Frep Gas Fatra<Frep Teoría cinética y

temperatura

Los cambios de estado

Proceso físico que una sustancia pasa de un estado a otro sin que se altere la naturaleza de la sustancia Los tres estados y sus cambios

Temperaturas o puntos de Punto de fusión Punto de ebullición Calor Latente.

¿Por qué no cambia la Tª en un cambio de estado?

Calor Latente de Ebullición Calor Latente de Evaporación Efecto de la

temperatura Las partículas adquieren más velocidadFusión: vencen las fuerzas de cohesión Vaporización: se

escapan de la red EvaporaciónEbullición Pasa a gas de forma lenta, sin que llegue a hervir.Comienza a hervir: se iguala la presión en el interior del líquido a la del exterior: se forman burbujas dentro

Sublimación Pasa a vapor directamente

Efecto de la presión Efectos Disminuye la presión se favorece los cambios de estado en los que aumenta el volumen

Aumenta la presión se favorece los cambios que disminuye el volumen Punto de fusión Temperatura en la que un sólido funde a presión de 1 Atmósfera Punto de ebullición Temperatura a la cual un líquido pasa a vapor a presión de 1 Atmósfera

Interpretación de la Teoría Cinetico-Molecular

Cambios de estado y

teoría cinética Fusión y Solidificación ConceptoTemperatura de fusión Evaporación y

condensación

Concepto

Ebullición Concepto Calor latente

y calor específico C.Latente de fusión: Q=M·Lf Es la energía necesaria para que 1Kg de sustancia funda sin cambiar de temperatura. Lf

C. Latente de vaporización Q=M·Lv

Es la energía necesaria para que 1Kg de sustancia evapore sin cambiar de temperatura. Lf

Problemas Calor específico

Q=M·Ce·T Es la energía necesaria para que 1Kg de sustancia suba un grado su temperatura Tª Cinética y

Temperatura. Idea: La Temperatura es el movimiento de las partículas.

La temperatura de un sistema material es proporcional a la energía cinética media de sus partículas

Energía cinética: 2

2

1

mv

Ec



Relación con Tª Absoluta

Ec

kT

2

3



Podemos explicar Trasmisión del calor: las partículas chocan entre sí y transmiten ese impulso en fluidos o esa vibración en sólidos.

Expansión de gases: van más rápidos los gases más calientes, sus partículas lleganmás lejos antes o golpean antes.

Cambios de Estado Al aumentar la Temperatura se favorecen los cambios de estado con aumento de volumen: Sólido  Líquido Gas

AL vibrar más necesitan más espacio.

En un cambio de estado la Tª no cambia porque se emplea en romper enlaces no en aumentar la velocidad de las partículas.

Para fusión enlaces tipo sólido-líquido, Para ebullición: conceptualmente líquido-gas Tª Cinética y Presión La presión es consecuencia de los choques con las paredes del recipiente.

Se aumenta la presión si:

Aumentando la velocidad de sus partículas: calentando. Choques más violentos. Aumentando el número de partículas de gas. Más choques hay más partículas. Aumentando el número de colisiones: Reduciendo el volumen.

Cambios de estado Al aumentar la presión favorecemos los cambios de estado de reducciójn de volumen. GasLíquidoSólido

Presión Atmosférica Es la presión que ejerce la atmósfera sobre la superficie terrestre y sobre los cuerpos que se encuentran en ella

Barómetro de Torricelli

Borrasca y anticlón (baja y alta presión) Propiedades de

los gases

Ley de Boyle: o de las Tª ctes

Con Temperatura constante si la presión aumenta disminuye el volumen P1·V1=P2·V2

Ley de Charles o de las P fijas

Con presión constante: si se aumenta la temperatura aumenta el volumen, en escala absoluta de Tª.

2 2 1 1

T

V

T

V



Ley de Gay Lussac o de

los V fijos Con volumen constante: si aumenta la temperaturala presión aumenta en la misma proporción

2 2 1 1

T

P

T

P



Ley de los gases ideales Si la cantidad de gas (masa de gas) encerrado es constante 2 2 2 1 1

1

·

·

Estados de la materia 3

-Materia:

Definición:

Materia:

Todo aquello que ocupa un espacio y un volumen

Propiedades de la materia:

Generales: no permiten identificar la sustancia: Masa y Volumen

Específicas: permiten identificar la materia o tipo de sustancia

Color, sabor, tenacidad, fluidez, rugosidad, delicuescencia, calor latente de fusión y evaporación, el

calor específico,…y la DENSIDAD

Densidad:

definiciones: 1. densidad=masa/volumen

2. densidad de un cuerpo es la masa que ocupa la unidad de volumen.

Problemas de densidad:

1. Calcula la densidad de un material que ocupa 2,5 litros y tiene una masa de 5Kg

2. Calcula la masa de un cuerpo de densidad 3,8g/cm3 si ocupa un volumen de0,19L

3. Calcula el volumen de 3075Kg de agua de mar.

Teoría cinética

Conocemos los estados de agregación y sus características:

Sólido: tienen forma y volumen propios, densidad fija.

Líquidos: tienen volumen propio pero forma variable, adquiere el volumen de las paredes del continente, fluyen por

su interior, tiene densidad fija…

Gas: tienen volumen y forma variable, toma la forma del continente, fluyen por su interior, tiene densidad variable.

Y el nombre de los procesos de cambio de estado: solidificación y fusión, evaporación y condensación, sublimación y

sublimación inversa.

Lo nuevo: Teoría cinética:

4 Bases de la Teoría Cinética:

1. La materia está formada por partículas puntuales

2. las partículas se mueven y chocan sin perder energía en los choques. Son choques elásticos

3. Las partículas están sometidas a fuerzas de atracción [potencial] y de repulsión [cinética].

4. Entre partículas hay vacío.

Esta teoría explica

1. Los 3 estados de agregación:

Sólido:

Las fuerzas de cohesión (potenciales) son tan grandes que las partículas no se desplazan de sus puntos de

equilibrio, puntos de red*.

Líquidos:

las fuerzas de cohesión (potenciales) son comparables con las de repulsión (cinéticas) y las partículas

pueden soltarse pero enseguida se capturan, por tanto las partículas pueden fluir y el líquido toma la forma de las

paredes del recipiente.

Gases:

las fuerzas de repulsión (cinéticas) son tan altas que las partículas se escapan y golpean las paredes del

recipiente y otras partículas.

2. La temperatura:

Se define Temperatura como la energía cinética media de las partículas que componen una sustancia. Más

temperatura más energía cinética, las partículas van más rápido. Estadísticamente:

2

2

1

mV

Ec



Ec

kT

2

3



con k= Cte. de Boltzmann

Observa que la temperatura no puede ser nunca negativa ya que la energía cinética se calcula con el producto de

cantidades no negativas: una masa, y el cuadrado de una velocidad. Usando la escala Kelvin=Celsius+273

3. La presión:

Las partículas de un gas chocan contra la pared del recipiente, en este golpear de tantas partículas dará la presión

se modifica:

Si aumenta el número de partículas aumenta la presión.

Si aumenta la temperatura la velocidad de las partículas aumenta la violencia de los choques y por tanto

aumenta la presión.

Si reducimos las paredes del recipiente (compresión) el nº de choques aumentará, aumentando la presión.

4. Proceso de Calentamiento:

Las partículas al subir la temperatura oscilan, circulan más rápido, adquieren más velocidad:

En sólidos: las partículas oscilan entorno a las posiciones de red, sin escapar del sólido.

En líquidos: las partículas no escapan del líquido pero fluyen más rápido, sin escapar del líquido.

En gases las partículas circulan más rápido, escapan.

Así para sólidos y líquidos la Energía que suministremos ahora subirá linealmente la temperatura,

definiendo el

calor específico

: C

como la energía necesaria para subir la temperatura 1 grado Kelvin la unidad de masa de una

sustancia. Depende de cada material. La energía necesaria viene dada por Q= m·C

·(Tf-To)

Problemas:

1) Calcula el calor necesario para aumentar la temperatura en 30Kelvin 5Kg de Hierro. Dato C

=452J/KgK

2) Calcula cuánto subirá la temperatura de un bloque de aluminio de 300g si le suministramos 15000J. Dato C

=896J/KgK

5. Cambios de estado: Fusión, evaporación y sublimación:

Cambio de estado

es el cambio de estado de agregación de una sustancia sin que cambie su naturaleza.

Si la energía suministrada es alta las partículas podrán escaparse de la red, la partícula que le sobra energía

(circula rápido) al chocar le transmite la energía sobrante a otra para que se escape, así hasta que todas están

liberadas, como las partículas en este proceso tienen la misma velocidad media, la temperatura global no cambia.

Inversamente a estos procesos: condensación, solidificación y sublimación inversa.

La evaporación ocurre cuando las partículas superficiales se calientan antes que las interiores y pueden escapar.

Se define

calor latente de cambio de estado L

y L

como la energía necesaria para fundir o evaporar [según

caso] un kilogramo de sustancia. Depende de cada material.

La energía, el calor necesario para el cambio viene dada por Q=m·L

Problemas:

1) Calcula el calor necesario para fundir 5Kg de Hierro. Dato L

=275kJ/Kg

2) Calcula cuánto Aluminio fundiremos si le suministramos 15000J. Dato L

=395kJ/Kg

Se define

punto de fusión o de ebullición

la temperatura a la que funde o ebulle una sustancia cuando la presión

es de 1 atmósfera.

Y se define la

temperatura de fusión y ebullición

como la temperatura a la que funde o ebulle una sustancia una

presión determinada.

6. Efecto de la presión

Si aumentamos la presión en un gas podemos llegar a que las partículas no tengan sitio para moverse, por tanto su

comportamiento será el de un líquido. Así el aumento de la presión favorece los procesos donde se reduce el

volumen. Como la licuación de gases a presión (butano).

Podemos aumentar la presión: reduciendo las paredes del recipiente, aumentando el número de partículas y/o la

temperatura.

7. Presión atmosférica:

Es la presión ejercida por la masa de la columna de gases que hay sobre la Tierra. Si estamos más altos la columna

de gases es menor y habrá menos presión. Como los gases nos rodean la presión que ejercen sus golpes nos

rodea. Se define Isobara como la línea de puntos con la misma presión.

Cuestión: ¿dónde hierve antes el agua en el Atlas o en Salou? Y justifica.

Leyes de los gases:

Ley de Boyle Mariotte:

Proceso Isotermo

Para la misma masa de gas y la misma temperatura, si aumentamos el volumen disminuye la presión del gas

encerrado e inversamente.

P

V

= P

V

ó PV= Cte

Gráfica página 43: Comportamiento de función inversa.

Ley de Charles

: Proceso Isóbaro

Para la misma masa de gas y la misma presión, si aumentamos la temperatura aumenta el volumen linealmente, y

al revés

2 2

1 1

T

V

T

V



ó

Cte

T

V

_

Gráfica página 44: Comportamiento de función lineal.

Ley de Gay-Lussac:

Proceso Isócoro

Para la misma masa de gas y el mismo volumen, si aumentamos la temperatura aumenta la presión linealmente, y

al revés

2 2

1 1

T

P

T

P



ó

Cte

T

P

_

Gráfica página 45: Comportamiento de función lineal.

Ley de los gases ideales:

Si unimos las tres leyes en una expresión será

2 2 2

1 1 1

T

V

P

T

V

P



ó

Cte

T

PV

_

Expresión que os llevará a

nRT

T

PV

_

que tendrá en cuenta la masa de gas.

Ejercicios hoja

Estados de la materia 5

-Física Y Química 3ºESO presión, volumen y temperatura.

1. Tenemos 1 litro de metano encerrado en una cámara, a 50ºC y tiene una presión de 2 atmósferas. Si elevamos la temperatura a 100ºC, calcula la nueva presión del gas. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

2. Dos litros de Neón a temperatura y presión Standard (25ºC y 1 At) se encierran en una cámara y se calientan. Se hace una lectura de la presión y se lee 3,5 Atmósferas. Calcula la temperatura a la que está el gas en esas condiciones. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

3. Encerramos aire comprimido en una cámara, las medidas iniciales de presión temperatura son 25º C y 1At. Si enfriamos a 0º C la cámara, ¿qué presión ejercerá el aire comprimido?, ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

4. En una habitación a 23º C se realiza el siguiente experimento: Se encierra Helio en una cámara variable. Se hace una primera lectura del volumen 2L y la presión 760mm Hg. Se somete a una reducción del volumen a 1,5L, calcula la nueva lectura de la presión en mm de Hg. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

5. Una cámara variable, a 427º C, se introduce gas CO2, la lectura del volumen es 5mL y la presión de 20 At. Calcula la nueva presión si el cilindro se ha expandido hasta un volumen de 50mL. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

6. Inflamos un globo debajo del mar a una presión de 10 atmósferas (100m), hasta un volumen de 1L. Calcula el volumen que ocupa en la superficie. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

7. Encerramos un gas en un globo elástico e ideal (consideremos que el globo permite que la presión sea constante), Inicialmente está a una temperatura de 27º C y ocupa un volumen de 500mL, introducimos el globo en una nevera a -5º C, calcula su nuevo volumen. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

8. Encerramos oxígeno en un globo elástico e ideal. Inicialmente ocupa un volumen de 2L a una temperatura de 300º K, Si reducimos su volumen a 1L, calcula su nueva temperatura. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

9. Para realizar un análisis, se infla una bolsa de 2L con gases de escape, CO2, CO, H2O, y ciertos óxidos a una temperatura de 35º C. Si se introduce esta bolsa en un congelador (-14º C). Calcula el nuevo volumen de la bolsa. ¿Cómo es el proceso?, ¿Qué ley de los gases estás empleando?, ¿Qué sucede a nivel microscópico?

Densidad d=M/V

11. Calcula la densidad del mar muerto si tienes una salinidad 9 veces mayor que la de cualquier otro océano cuya densidad es 1030Kg/m3_.

12. Si un litro de leche entera tiene una masa de 1200g calcula su densidad.

13. Calcula el volumen en m3 _{que ocupan 400Kg de acero cuya densidad es de 7,9g/cm}3_.

14. Calcula el volumen de una muestra de gasolina cuya densidad es de 0.68g/cm3 _{y en la balanza marca 70hg.}

15. Calcula la masa de una muestra de acero cuya densidad es de 13550Kg/m3 _{y tiene un volumen de 50L.}

Calor Latente Q=M·L

16. Calcula la energía necesaria para fundir 3 kg de una muestra de hierro[acero] cuyo calor latente es de Lf=275KJ/Kg

17. Calcula cuánto Kilogramos de hierro a su temperatura de fusión podemos fundir con 5500 KJ.

18. Calcula cuántos gramos de agua a 100ºC podemos evaporar con 9028 KJ de calor transmitido. Dato Lv=2257KJ/Kg

19. Calcula cuánta energía necesitamos para evaporar 250g de Benceno. Datos Lv=394KJ/Kg

Calor específico Q=M·Ce·T yT=Tf-Ti, ó Q=M·Ce·(Tf-Ti)

20. Calcula cuánto calor debemos transmitir para elevar 20 grados 300g de Mercurio con un calor específico de CeHg=138J/KgK

21. Calcula cuántos grados varía la temperatura al comunicar 4 780KJ a 500g de Plata con calor específico CeAg=239J/KgK

22. Calcula el la masa de Plata de una muestra, si hemos empleado 48000J de energía y han subido su temperatura 40 grados.

23. Calcula el calor específico de una sustancia que para subir la temperatura de 200g de sustancia hemos necesitado 3600J para elevar 2 grados su temperatura.

Gases Ideales PV= nRT con la constante R=0,082AtL/molK (*)

24. Calcula la Presión de una muestra de 5 moles de un gas encerrado en 2L de volumen y está a 500K.

25. Calcula la Presión de una muestra de 10 moles de un gas encerrado en 2L de volumen y está a 500K.

26. Calcula el volumen de 3 moles de gas encerrados a 6 Atmósferas de presión y 750K de temperatura.

27. Calcula el volumen de 3 moles de gas encerrados a 12 Atmósferas de presión y 750K de temperatura.

28. Calcula la temperatura a la que están encerrados 4 moles de un gas, si la presión es de 5 Atmósferas y el volumen de 600cm3_.

29. Calcula la temperatura a la que están encerrados 4 moles de un gas, si la presión es de 5 Atmósferas y el volumen de 300cm3_.

30. Calcula el número de moles que hay encerrado en una cámara de 5L, a una Presión de 4 At y a una Temperatura de 227ºC.

(*) Un mol de un gas representa un conjunto de 6,022·1023 _{partículas fundamentales (átomos o moléculas) de gas. Así que imagínatelos como dice la}