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LA MATERIA Y SUS
ESTADOS DE AGREGACIÓN TEMA 2
1. LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES
Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el
espacio, tiene una duración en el tiempo y una
propiedad fundamental llamada masa. Por tanto
pesa
Se describe por sus
propiedades, que
pueden ser:
Generales: no sirven para
poder identificar una sustancia
(masa, volumen o temperatura)
Específicas: permiten
diferenciar una sustancia de
otra (densidad, temperatura de
fusión,…)
Dentro de las propiedades de la materia algunas
dependen de la cantidad de materia y otras no
Propiedades extensivas:
su valor depende de la
cantidad de materia
Propiedades intensivas:
su valor no depende de la
cantidad de materia
La masa (m) es la cantidad de materia que
contiene. Es una propiedad general de la
materia y se determina por la inercia que
tiene un cuerpo. Se mide con la balanza.
En el SI se mide en kg
El volumen (V) es la cantidad de espacio
que ocupa un sistema material. Es una
propiedad general de la materia y se mide
en el SI en m3.
La temperatura (T) es la medida de la
cantidad de energía térmica poseída por un
objeto. Es una propiedad general de la
materia. Se mide con el termómetro. En el
SI se mide en K (kelvin). Es frecuente
utilizar la escala Celcius. En los países de
habla inglesa la Fahrenheit
La densidad (d) relaciona la masa de un
cuerpo con el volumen que tiene. Es una
propiedad específica y en el SI se expresa
en kg/m3
V
md
Equivalencias de las escalas de temperatura
8,1
32)(º)(º
273)()(º
FtCt
KtCt
2. LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN DE
LA MATERIA
La intensidad de las uniones entre las partículas que componen un sistema
material determina su estado de agregación
SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO
El estado de agregación de una sustancia depende de
las condiciones de presión y temperatura a las que se
encuentre.
Características de sólidos, líquidos y gases
sólidos
líquidos
gases
Son rígidos, no fluyen
Tienen forma y
volumen propio
Son difíciles de
comprimir
Son fluidos
No tienen forma
propia Son difíciles de
comprimir
Son fluidos
No tienen forma ni
volumen propio
Son fáciles de
comprimir
La teoría cinético-molecular (TCM)
Desarrollada a mediados del siglo XIX
para justificar el comportamiento de
los gases parte de las siguientes
hipótesis
Los gases están
formados por
partículas muy
separadas entre sí.
El volumen de las
partículas
(moléculas) es muy
pequeño comparado
con el volumen del
gas
Las moléculas están
en continuo
movimiento,
chocando entre sí y
con las paredes del
recipiente que las
contiene
La temperatura del
gas es la
manifestación de
este movimiento.
Cuánto mayor sea la
velocidad de las
partículas, mayor
será la temperatura
del gas y viceversa.
Entre las partículas
de gas existen
fuerzas de atracción
o cohesión muy
débiles que son
incapaces de
mantenerlas unidas
Pronto la TCM se extendió a los sólidos y líquidos, lo que permitió justificar los
estados de agregación de la materia
Justificación de los estados de agregación, según la TCM
Sólido: fuerzas de
atracción entre las
partículas muy
intensas. Por eso, las
partículas ocupan
posiciones fijas muy
próximas entre sí
Líquido: fuerzas de
atracción menos
intensas. Esto permite a
las partículas fluir, es
decir, desplazarse
manteniéndose juntas
Gas: fuerzas de
atracción muy
débiles. Por tanto, las
partículas que
componen el gas
pueden moverse con
libertad
3. LOS GASES
Para describir científicamente el comportamiento de los gases se utilizan
cuatro magnitudes: la cantidad de gas, el volumen que ocupa, la presión que
ejerce y la temperatura a la que se encuentra
Según la TCM, la presión de
un gas es la fuerza que
ejercen las partículas al
colisionar entre sí y con las
paredes del recipiente por
unidad de superficie.
Se mide con el manómetro y
su unidad en el SI es el
pascal (1 Pa=1N/m2)
Equivalencias entre unidades de presión
1 bar = 100000 Pa
1 atm = 101325 Pa
1 atm = 760 mmHg
1 atm = 1013 mb
1 mb = 1 hPa
La presión atmosférica es el peso por unidad de superficie que ejerce la
atmósfera sobre los cuerpos que en ella se encuentran.
El físico italiano Evangelista
Torricelli (1608-1647)
determinó, mediante el
barómetro de mercurio, que
la presión de la atmósfera a
nivel del mar es igual a la que
ejerce una columna de
mercurio de 760 mm de
altura. La presión
atmosférica varía con la
altitud y las condiciones
ambientales
4. LAS LEYES DE LOS GASES
Para simplificar el estudio de los gases, los científicos definen un gas hipotético,
denominado ideal o perfecto, que se caracteriza por:
Las moléculas que lo forman ocupan un volumen despreciable frente al recipiente, y
las fuerzas de atracción entre ellas son nulas. El comportamiento del gas real es más
parecido al ideal cuanto más baja sea la presión y más alta su temperatura.
El comportamiento de un gas ideal viene descrito por una serie de leyes muy sencillas
llamadas leyes de los gases.
LEY DE BOYLE Y MARIOTTE (enunciada a mediados del siglo XVII) es
una ley empírica (obtenida a partir de diversos experimentos):
“Para una determinada cantidad de gas y manteniendo constante la
temperatura, el volumen que ocupa el citado gas es inversamente
proporcional a la presión a la que está sometido”
Expresión matemática de la ley de Boyle
y Mariotte
kVpVp 2211
A T constante
Leyes de Charles (1787) y Gay-Lussac (1802): estudiaron, de forma
independiente, la variación de la presión y el volumen con la temperatura
Primera ley de Charles
y Gay-Lussac:
“Para una misma masa
de gas y a presión
constante, el volumen
que ocupa el citado
gas es directamente
proporcional a su
temperatura”
TkV
kT
V
T
V
T
V
,
,
2
2
1
1 ;
T en kelvin. Para un valor de V igual a cero, la
temperatura alcanza el valor 0 K (cero absoluto)
Segunda ley de Charles y
Gay-Lussac:
“Para una misma cantidad de
gas y a volumen constante, la
presión que ejerce el citado
gas es directamente
proporcional a su temperatura”
Tkp
kT
p
T
p
T
p
,,
,,
2
2
1
1 ;
T en Kelvin
La TCM explica por qué un gas:
Ejerce una
presión: debido
a los continuos
choques de las
moléculas con las
paredes del
recipiente que lo
contiene
Ocupa todo el
volumen del
recipiente: en su
movimiento no
encuentran
obstáculo y se
expandirá sin más
límites que el
propio recipiente También explica
Ley de Boyle Mariotte: al aumentar
el volumen del recipiente, aumenta la
distancia entre las paredes, por tanto,
las moléculas chocan menos veces
con la pared y la presión será menor.
Leyes de Charles y Gay-Lussac: al
aumentar la temperatura, aumenta la
velocidad de las partículas que
chocarán con más fuerza y más
veces con las paredes del recipiente.
Si las paredes no son rígidas, se
desplazarán, aumentando el volumen
del recipiente
5. LOS CAMBIOS DE ESTADO
Un cambio de estado es el cambio físico que experimenta un sistema
material al pasar de un estado de agregación a otro. Se caracterizan por:
Para cada presión
hay un valor de
temperatura de
cambio de estado
Son
reversibles
Durante el cambio
de estado, la
temperatura del
sistema material es
constante
Esquema de los cambios de estado
Cambios de estado
progresivos: la
materia absorbe calor
y pasa a un estado de
menor orden interno
Fusión (de sólido a
líquido
Vaporización (de
líquido a gas)
Sublimación (de
sólido a gas)
Evaporación: a
cualquier temperatura
y en la superficie del
líquido
Ebullición: a una
temperatura
determinada y en
toda el volumen del
líquido
Cambios de estado
regresivos: la
materia cede calor al
entorno pasando a un
estado de mayor
orden interno
Licuación o
condensación ( de
gas a líquido)
Solidificación (de
líquido a sólido)
Sublimación
regresiva (de gas a
sólido)
La energía absorbida
o desprendida en un
cambio de estado es
una propiedad
específica
denominada calor
latente de cambio de
estado, L. En el SI se
mide en J/kg
Si no cambia la presión y la sustancia es pura, cada cambio de
estado tiene lugar a una temperatura fija, que se denomina
temperatura de cambio de estado
Para una mezcla de sustancias, dichas temperaturas son variables,
ya que sus valores dependerán de la composición que tengan
Gráfica de
calentamiento: el estudio
experimental de los
cambios de estado se
realiza calentando o
enfriando de forma
continua la sustancia,
mientras se anota, cada
cierto tiempo, la
temperatura que alcanza
6. LA TCM EN LOS CAMBIOS DE ESTADO
Estado de agregación:
depende de dos efectos
opuestos, las fuerzas de
atracción entre partículas
que hacen que tiendan a
estar juntas y cohesionadas y
por otro el estado de
agitación de las partículas
con lo que se separan de su
posición de equilibrio. A una
temperatura dada el estado
de agregación dependerá de
cuál predomine
Explicación de algunos cambios de estado
Fusión: al elevarse la
temperatura del sólido,
aumenta la agitación de las
partículas y algunas
abandonan sus posiciones
fijas y fluyen. Toda la energía
que recibe la sustancia se
invierte en desmoronar la
estructura sólida. Por eso la
temperatura se mantiene
constante
Vaporización: si sube la T del
líquido aumenta la energía de
las partículas y por tanto su
velocidad. Las que se
encuentran en la superficie del
líquido escapan al exterior. Es
la evaporación.
Si la temperatura es lo
suficientemente alta, cualquier
partícula puede escapar del
líquido y la vaporización tiene
lugar en toda la masa del
líquido, produciendo grandes
burbujas; ebullición
