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MATERIAMATERIATEMA 2TEMA 2

1. TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR

La era científica arranca en el siglo XVI Algunos de los científicos más destacados con sus aportaciones

a la teoría atómica son los siguientes:

1. Robert Boyle (s XVII): primer científico partidario de la constitución atómica de la materia. Realizó estudios sobre reacciones químicas y gases.

2. John Dalton (1808): primer científico que reúne datos experimentales para elaborar una teoría atómica de la materia.

3. Amadeo Avogadro (1811): descubrió una importante ley de los gases y sugirió la posibilidad de que existieran moléculas elementos.

La teoría atómico-molecular no es, pues, la idea genial de nadie, sino el trabajo de decenas de científicos a lo largo de tres siglos.Podemos resumirla como sigue:

• La materia está formada por átomos y vacío.

• Las moléculas y los cristales son asociaciones de átomos, iguales o distintos, que siempre están en el mismo número o proporción.

• Los elementos químicos son aquellas sustancias que están formadas por átomos iguales.

• Los compuestos son sustancias formadas por moléculas o cristales con átomos distintos.

Los elementos son sustancias constituidas por átomos iguales.

Los compuestos son sustancias formadas por átomos distintos.

2. LA TEORÍA CINÉTICA

Las leyes que describían y justificaban el comportamiento de los gases se fueron perfeccionando con el tiempo, hasta construir lo que hoy llamamos teoría cinética de la materia.

Durante las décadas de 1850 y 1860, la teoría cinética de la materia fue completamente desarrollada por una serie de científicos (Maxwell, Boltzmann y Clausius, llegaron a calcular diversas magnitudes relacionadas con las moléculas que componen el aire)

Los postulados de la teoría cinética son

• La materia está formada por partículas.

• Entre las partículas se ejercen fuerzas de corto alcance, que son atractivas cuando están separadas y repulsivas cuando están muy próximas.

• Las partículas se encuentran en un estado de agitación permanente.

• Entre estas partículas está el vacío.

Las partículas que forman la materia, átomos o moléculas, interaccionan con fuerzas atractivas y repulsivas de naturaleza eléctrica, a las que llamamos fuerzas de cohesión.

3. PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS Y LOS LÍQUIDOS

La TEMPERATURA es una propiedad de la materia (ya sea en estado sólido, líquido o gaseoso) que indica el contenido energético medio de sus partículas como consecuencia de su estado de agitación. Es una propiedad de los sistemas materiales, carece de sentido hablar de la temperatura de un átomo o molécula. Se mide con los termómetros y su unidad en el SI es el kelvin (K), aunque fuera del mundo científico se mide en ºC.

La DILATACIÓN en los sólidos: los sólidos son incompresibles y están formados por estructuras cristalinas con sus partículas perfectamente ordenadas y muy cercanas. Las partículas vibran intensamente, tanto más cuanto mayor sea la temperatura. Cuando aumenta la temperatura un sólido se dilata debido a que aumenta el volumen aparente de cada partícula.

El volumen mínimo de un sólido se alcanzaría a 0 K (-273,15ºC)

La DILATACIÓN en los líquidos: los líquidos son amorfos (partículas desordenadas). Sus partículas no mantienen posiciones fijas, pero no están a mucha mayor distancia que en los sólidos (incompresibles)

• Son sistemas de mayor energía que los sólidos y por razones similares cuando se calientan se dilatan (aumenta el nivel de agitación de sus partículas)

• La DENSIDAD de los sólidos y los líquidos disminuye al calentarlos ya que la masa no varía y el volumen aumenta.

• La TENSIÓN SUPERFICIAL en la superficie libre de los líquidos se forma una película de partículas atraídas fuertemente hacia el interior por las fuerza de cohesión de las partículas cercanas que se encuentran debajo.

4. CAMBIOS DE ESTADO

Aunque se pudiera suponer que todas las sustancias pueden presentarse en los tres estados, esto no es siempre así. Muchas sustancias de moléculas grandes y complejas se descomponen antes de hervir. Estudiaremos las propiedades de los tres estados. Los nombres de los cambios de estado aparecen en la figura adjunta.

• TEMPERATURAS DE CAMBIO DE ESTADO: las temperaturas de cambio de estado son propias de cada sustancia pura, son propiedades específicas, Se miden a la presión atmosférica (cambian con la presión).

• CALOR DE CAMBIO DE ESTADO: al calor necesario para fundir 1 kg de cualquier sustancia le llamaremos calor de fusión de dicha sustancia, y el necesario para hervir la misma cantidad

En el siguiente gráfico tenemos la curva de calentamiento del agua, donde se observa como en los cambios de estado la temperatura se mantiene constante

5. Propiedades de los gases

Los gases comparten las propiedades generales con el resto de la materia: son extensos (tienen volumen), tienen inercia (podemos medir su masa), están formados por partículas e interaccionan entre sí y con el resto de la materia. Sus partículas están muy separadas entre sí lo que hace que la materia en estado gaseoso sea invisible.

Temperatura: las partículas de los gases se desplazan libremente, no vibran, se desplazan en línea recta hasta chocar con otra o con las paredes del recipiente (los choques son elásticos). La temperatura de un gas representa la energía cinética media de sus partículas.

Fluidez: son mucho más fluidos que los líquidos. Atraviesan tuberías y se adaptan a la forma del recipiente.

• Expansión: propiedad única de los gases. Ocupan la totalidad del recipiente que los contiene.

• Difusión: las partículas de un gas se entremezclan rápidamente con las de otro.

• Presión: el bombardeo continuado de partículas ejerce un empuje, una presión, sobre la superficie de las paredes.

6. LEYES DE LOS GASES

Ley de Boyle (1661) y Mariotte (1676): Si tomamos una cierta masa de un gas cualquiera, y mantenemos la temperatura sin cambios, el producto de la presión por el volumen es constante.

P·V=k1

La ley de Boyle y Mariotte también se puede enunciar diciendo; el volumen de los gases es inversamente proporcional a la presión ejercida sobre ellos.

Pinicial·Vinicial=Pfinal·Vfinal

• Ley de Charles (1787) y Gay-Lussac (1802): Si mantenemos constante la presión de una cierta masa de un gas cualquiera, el cociente entre el volumen y la temperatura absoluta es constante:

V/T=k2

También se puede expresar diciendo que a presión constante, los volúmenes y las temperaturas son directamente proporcionales.

• Ley general de los gases: del estudio completo de los gases se deduce que: Para una determinada masa de gas, el cociente entre el producto de la presión por el volumen y la temperatura absoluta se mantiene constante.

3kTVP =⋅