3º ESO Física y Química Tema 2 La materia

LA MATERIA.

Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un espacio.

Un sistema material es una porción de materia que se considera de forma aislada

para su estudio.

Sustancia es un tipo concreto de materia formada por un mismo tipo de partículas.

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS MATERIAIS.

Propiedades generales: Todos los sistemas las poseen. Ejemplo: masa o volumen.

Propiedades específicas: Dependen de la sustancia que se elija. Por ejemplo, el

brillo, el color, etc.

MASA, VOLUMEN Y DENSIDAD

MASA (m): Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.

Unidad en el S.I: Kilogramo (Kg)

VOLUMEN (V): Indica la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.

Unidad en el S.I: m3.

Recuerda: Vesfera= r3 Vparalelepípedo= a·b·c Vcilindro = πr2·h

DENSIDAD (d): Se define la densidad como el cociente entre la masa de un corpo y su

volumen. La densidad da idea de la compactación de la materia. A mayor densidad mayor

compactación.

Unidad en el S.I: Kg/m3

d =

La densidad es una magnitud característica (propiedad específica) de cada sustancia.

Tiene gran importancia puesto que no existen dos sustancias puras diferentes que

tengan la misma densidad. Esta magnitud resulta, por eso, de gran utilidad para

identificar estas sustancias.

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UNIDADES DE TEMPERATURA

Existen diferentes unidades de temperatura: grados centígrados (ªC), grados Kelvin (K) y

grados Fahrenheit (ªF). Estos últimos se utilizan en lugares como Inglaterra o EEUU.

En el S.I la temperatura se expresará en Kelvin. La relación entre kelvin y grados centígrados

es la siguiente:

t(K )= t( ºC) + 273

t(ºF) = 1,8·t (ºC) + 32

REDONDEO

Si el primer dígito que vamos a despreciar es un 5 o un número mayor que 5 lo

quitamos y aumentamos en una unidad la cifra anterior. Ejemplo: 15,368 → 15,37.

Si el primer dígito que vamos a despreciar es menor que 5, lo quitamos

directamente. Ejemplo: 26,21 → 26,2.

ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES.

Los sistemas materiales se pueden presentar en tres estados: sólido, líquido y gas. La

intensidad de las uniones entre las partículas que forman el sistema material determina el

estado físico en el que se encuentra.

SÓLIDOS LÍQUIDOS GASES

Tabla de densidades

Sustancia Densidad ( Kg/m3)

AireGasolinaAceiteAugaAluminioAceiroFerroChumboMercurioOuro

1,38009001000 270078007900114001360019300

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Tienen volumen fijo.

Tienen forma fija.

No se pueden comprimir.

Densidad alta.

Tienen volumen fijo.

No tienen forma propia.

Son poco compresibles.

Densidad alta.

Ocupan todo el volumen

del recipiente que los

contiene.

No tienen forma fija.

Son fácilmente

compresibles.

Densidad baja.

Los líquidos y los gases tienen en común la propiedad de fluir (circular por tuberías). Por eso

los líquidos y los gases reciben el nombre de fluidos.

El estado de agregación de un determinado sistema material depende de la presión y la

temperatura a los que esté sometido.

Así por ejemplo, el butano es gas a presión atmosférica, pero en el interior de la bombona es

líquido porque está sometido a mayor presión.

MODELO CINÉTICO MOLECULAR DA MATERIA

Para explicar la naturaleza y el comportamiento de la materia se desarrolló una teoría

llamada teoría cinético molecular. Esta teoría es aplicable para gases, líquidos y sólidos.

Veamos que dice esta teoría.

SÓLIDOS:

A) Las partículas están muy próximas, aunque hay huecos entre ellas.

B) Existen fuerzas atractivas que mantienen las partículas situadas en posiciones fijas,

aunque vibran en torno a esas posiciones.

LÍQUIDOS :

A) Las partículas están muy próximas entre sí pero no ocupan posiciones fijas.

B) Las partículas se mantienen unidas por fuerzas atractivas más débiles que en los

sólidos. Esto permite el deslizamiento de unas partículas sobre otras y que se

adapten al recipiente que las contienen.

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GASES:

A) Las partículas están muy alejadas unas de otras, en total desorden.

B) Las fuerzas de atracción son muy débiles, casi nulas y, por lo tanto, las partículas

están muy separadas, se mueven en todas direcciones y chocan con las paredes del

recipiente.

CAMBIOS DE ESTADO

Una manera (non la única) de lograr que una sustancia cambie de estado es calentarla o

enfriarla.

A) Cambios de estado progresivos. son aquellos cambios de estado en los que se

absorbe energía en forma de calor (flechas rojas).

B) Cambios de estado regresivos: son cambios de estado en los que se desprende

energía en forma de calor (flechas azules).

Cambios de estado progresivos

Fusión. Es el paso de una sustancia desde el estado sólido al estado líquido.

Vaporización. Es el paso de una sustancia de líquido a gas. Hay dos tipos de

vaporización: la evaporación y la ebullición. Se habla de evaporación cuando

ocurre únicamente en la superficie del líquido; tiene lugar a cualquier temperatura.

Sin embargo, si aumentamos la temperatura al líquido llega un momento en el que la

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evaporación se produce en todo el líquido formándose grandes burbujas (llenas de

vapor del líquido- partículas muy separadas-) que ascienden hasta la superficie.

Decimos que el líquido comienza a hervir o que entra en ebullición. Es tumultuosa y

se produce a una temperatura determinada.

Sublimación (o sublimación directa)

Paso directo de una sustancia de sólido a

gas sin pasar por el estado líquido. Para

que se produzca es preciso que los cuerpos

se encuentren en unas determinadas

condiciones de presión y temperatura, que

varían según la sustancia de que se trate.

Ej: a naftalina (antipolillas).

Cambios de estado regresivos

Solidificación. Paso de una sustancia de

líquido a sólido. Ocurre a la misma temperatura que la fusión.

Condensación. Paso de una sustancia de gas a líquido. Ocurre a la misma

temperatura que la vaporización.

Sublimación regresiva. También llamada sublimación inversa . Paso directo de una

sustancia de gas a sólido sin pasar por el estado líquido. Ocurre a la misma

temperatura que la sublimación.

LAS TEMPERATURAS DE FUSIÓN Y DE EBULLICIÓN

Temperatura de fusión: Es la temperatura a la que funde una sustancia a la presión

atmosférica. El la misma que la temperatura de solidificación.

Temperatura de ebullición: Es la temperatura a la que hierve una sustancia a la presión

atmosférica. Coincide con la temperatura de condensación.

Las temperaturas de fusión y ebullición de las sustancias, a una determinada presión,

son propiedades características de las mismas que permiten su reconocimiento. Ver

tabla:

Sustancia

T Fus (0C)

T Ebu (0C)

Auga 0 100Aluminio 660 2400Amoniaco

-78 -34

Butano -138 -0,5Etanol -114 78,5Hidróxeno

-259 -253

Ferro 1540 2800Mercurio - 39 357Nitróxeno

- 210 -196

Chumbo 328 1750Zinc 420 907

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¿QUE OCURRE CON LA TEMPERATURA MIENTRAS SE PRODUCE UN CAMBIO DE

ESTADO?

Mientras se produce un cambio de estado, la temperatura de la sustancia se

mantiene invariable absorbiendo o desprendiendo energía en forma de calor.

Ejemplo: Imaginémonos que partimos de hielo a -20 0 C y empezamos a calentarlo (ver

gráfica). Su temperatura comenzará a subir. Cuando lleguemos a la temperatura de fusión

(00 C) el hielo comenzará a transformarse en líquido (fusión). Mientras suceda esto, aunque

se siga calentando, la temperatura de la mezcla hielo-agua permanecerá constante en 00 C.

Cuando todo el hielo pase a líquido , si seguimos calentando, la temperatura del líquido

comenzará a subir nuevamente hasta llegar a la temperatura de ebullición (1000C). Entonces,

el líquido comienza a pasar a vapor y mientras exista líquido, la temperatura permanecerá

invariable en 100 ºC. Cuando todo haya pasado a gas, si lo seguimos calentando empezará a

aumentar su temperatura por encima de 100ºC.

¿CÓMO SABEMOS EN QUÉ ESTADO DE AGREGACIÓN SE ENCUENTRA UNA

SUSTANCIA?

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T fusión T ebullición

Si la T de la sustancia está en Si la T de la sustancia está en Si la T de la sustancia está esta zona la sustancia será en esta zona la sustancia será en esta zona la sustancia será

sólida líquida gaseosa

CAMBIOS DE ESTADO Y TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR DE LA MATERIA

Veamos a continuación como explica la teoría cinética los cambios de estado:

Fusión:

-Al calentar una sustancia sólida, aumenta el movimiento de las partículas.

-Las fuerzas entre las partículas disminuyen y ya no son suficientes para mantener las

partículas fijas, y éstas comienzan a resbalar unas sobre otras. Entonces se produce la fusión.

Solidificación:

Las características de este cambio son idénticas a las de fusión pero en sentido inverso.

Vaporización: evaporación y ebullición

a) Evaporización.

Una sustancia estará en estado sólido si está a una temperatura menor que

su temperatura de fusión.

Una sustancia estará en estado líquido si está a una temperatura entre su

temperatura de fusión y de ebullición.

Una sustancia estará en estado gaseoso si se encuentra a una temperatura

mayor que su temperatura de ebullición.

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En los líquidos, que tienen una estructura caótica, las partículas que alcanzan su

superficie con energía suficiente pueden vencer las fuerzas de atracción de las otras

partículas y escapar formando un gas. Esto ocurre a cualquier temperatura .

Ejemplo: Si dejamos un vaso de agua al sol, las partículas de la superficie van pasando

a gas, hasta que finalmente, y si lo dejamos el tiempo suficiente, no quede ningún

líquido. El proceso será más rápido cuanto más calor haga.

b) Ebullición.

Ocurre cuando la temperatura aumenta lo bastante como para que en todo el líquido

haya partículas con energía suficiente para vencer las fuerzas de atracción. Estas

partículas escapan del líquido incluso en su interior, formando burbujas de gas que

ascienden rápidamente por su menor densidad. El líquido está hirviendo. Esto ocurre a

una temperatura determinada: la temperatura de ebullición.

Condensación:

-Se trata de un proceso inverso al anterior.

Las temperaturas de fusión y ebullición varían con presión.

La temperatura de ebullición de una sustancia desciende cuando desciende la presión; así,

por ejemplo, en lo alto de una montaña el agua hierve a menos de 100 ºC.

Por el contrario, en el interior de una olla a presión el agua se mantiene líquida a más de

100º C (aproximadamente hierve a 130ºC). La temperatura más alta hace que los alimentos

se cocinan más rápidamente.

Del mismo modo, la temperatura de fusión desciende cando desciende la presión.

ESTUDIO CUALITATIVO DE LOS GASES

Las propiedades de los gases van a depender de las condiciones externas.

Las variables de los gases son: P= presión

V= volumen

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T= temperatura

La presión que ejerce un gas se debe a los choques de sus partículas contra las paredes del

recipiente.

a más choques -----→ más presión

Gas a volumen constante

-Si aumenta la temperatura del gas ----→ más energía tienen sus partículas ---→más

velocidad tienen sus partículas---→más choques habrá contra las paredes ---→ decimos que

aumenta su presión

Con V constante Si ↑ Temperatura → ↑ Presión

Con V constante Si ↓ Temperatura → ↓ Presión

Gas a temperatura constante

- Si disminuye el volumen ocupado por un gas, las partículas tienen menos espacio para

moverse y chocan con mayor frecuencia contra las paredes. Como consecuencia, decimos

que aumenta la presión en el recipiente.

Si T es constante Si ↓ Volume → ↑ Presión

- Si aumenta el volumen ocupado por un gas, las partículas tienen más espacio para

moverse por el recipiente y por lo tanto chocan menos con las paredes. Esto hace que

disminuya la presión en el recipiente.

Si T es constante Si ↑ Volume → ↓ Presión

Gas a presión constante

Si se varía la temperatura de un gas , ¿cómo se puede mantener la presión constante ?:

- Un aumento de la temperatura del gas → las partículas tienen más energía →

aumenta su velocidade → hay más choques contra las paredes → aumenta la presión.

Para contrarrestar ese aumento de presión tenemos que aumentar el volumen del recipiente

que lo contiene.

- Un descenso de temperatura → Las partículas son más lentas → menos choques

contra las paredes → decimos que disminuye la presión.

Para contrarrestar ese descenso de presión tenemos que disminuir el volumen del

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recipiente.

GASES IDEALES

Una aproximación que facilita el estudio de los gases reales es suponer que el volumen de

las partículas es nulo. Estos gases (aunque inexistentes) se denominan gases ideales.

Mientras no se junten demasiado las partículas de los gases reales (lo que sucede a

temperaturas muy bajas y presiones muy grandes) el comportamiento de los gases reales es

muy parecido al de los gases ideales.

ESTUDIO CUANTITATIVO DE LOS GASES IDEALES

Supongamos que tenemos una masa de gas en unas condiciones iniciales de

presión, volumen y temperatura (P1, V1 e T1) y la llevamos a unas condiciones

finales de presión, volumen y temperatura ((P2, V2 e T2)

La relación entre el estado inicial de una masa de gas y el estado final puede

expresarse mediante la ecuación de los gases ideales:

T=temperatura (Kelvin)

P=presión (atm, pascales, mm de Hg) )→P1 y P2 en las mismas unidades

V=volumen (litros, cm3, m3, etc)→V1 y V2 en las mismas unidades

Se T é constante: P1 · V1 = P2 · V2 Ley de Boyle y Mariotte

Se P é constante: Ley de Charles

Se V é constante Ley de Gay-Lussac

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VIDEO YOUTUBE GLOBO BOYLE

http://www.youtube.com/watch?v=K7Z6RLq6fA4&feature=related

CÁLCULO DENSIDADES VIRTUAL (2013)

http://www.iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/fq3eso/

materialdeaula/FQ3ESO%20Tema%201%20Identificacion%20de%20sustancias/

32_densidad_de_slidos_irregulares.html

Laboratorio virtual : Leyes de los gases sin y con TCM:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/

materiales/propiedades/temperatura.htm

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/

materiales/estados/cambios.htm

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/

leyes_gases/index.html

http://www.iesalandalus.com/joomla3/index.php?

option=com_content&task=view&id=139&Itemid=199

Sublimación del ácido benzoico: http://www.youtube.com/watch?v=2ub6X1SoETM

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Sublimación progresiva.

Es la transformación directa, sin pasar por otro estado intermedio, de una materia en estado sólido a estado gaseoso al aplicarle calor.

Ejemplo:

Hielo (agua en estado sólido) + temperatura = vapor (agua en estado gaseoso)

Fusión. Es la transformación de un sólido en líquido al aplicarle calor. Es importante hacer la diferencia con el punto de fusión, que es la temperatura a la cual ocurre la fusión. Esta temperatura es específica para cada sustancia que se funde.

Ejemplos:

Cobre sólido + temperatura = cobre líquido.

Cubo de hielo (sólido) + temperatura = agua (líquida).

El calor acelera el movimiento de las partículas del hielo, se derrite y se convierte en agua líquida.

Evaporación. Es la transformación de las partículas de superficie de un líquido, en gas, por la acción del calor.Este cambio ocurre en forma normal, a temperatura ambiente, en algunas sustancias líquidas como agua, alcohol y otras.

Ejemplo. Cuando te lavas las manos y las pones bajo la máquina que tira aire caliente, éstas se secan.

Sin embargo si le aplicamos mayor temperatura la evaporación se transforma en ebullición.

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Ebullición.

Es la transformación de todas las partículas del líquido en gas por la acción del calor aplicado.

En este caso también hay una temperatura especial para cada sustancia a la cual se produce la ebullición y la conocemos como punto de ebullición.

Ejemplos: El agua tiene su punto de ebullición a los 100º C, alcohol a los 78º C. (el término hervir es una forma común de referirse a la ebullición).

 

Cambios regresivos

Estos cambios se producen por el enfriamiento de los cuerpos y también distinguimos tres tipos que son: sublimación regresiva, solidificación, condensación.

Sublimación regresiva.

Es el cambio de una sustancia de estado gaseoso a estado sólido, sin pasar por el estado líquido.

Solidificación.

Es el paso de una sustancia en estado líquido a sólido.

Este cambio lo podemos verificar al poner en el congelador un vaso con agua, o los típicos cubitos de hielo.

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Condensación.

Es el cambio de estado de una sustancia en estado gaseoso a estado líquido.

Ejemplo: El vapor de agua al chocar con una superficie fría, se transforma en líquido. En invierno los vidrios de las micros se empañan y luego le corren "gotitas"; es el vapor de agua que se ha condensado. En el baño de la casa cuando nos duchamos con agua muy caliente y se empaña el espejo, luego le corren las "gotitas " de agua.

Por que hierve el agua antes a una olla tapada que en una destapada?

por que se mantiene mejor la energia calorifica. si dentro de la olla hay unos 100º y fuera unos 20º pues la media seria unos 60º pero si estuviera cerrada serian 100º asi que hierve mas rapido, ademas no hay corrientes de conveccionPráctica posible:

Una bola de hierro (dFe= 7,8 g/cm3) se hundirá en agua (dH2O = 1,0 g/cm3), pero flotará en mercurio (dHg= 13,6 g/cm3)

Si mezclamos dos líquidos el menos denso flotará sobre el más denso.

Ejemplos:

El aceite de oliva (dAceite= 0,8 g/cm3) flota sobre el agua (dH2O = 1,0 g/cm3)

El tetracloruro de carbono (dCCl4= 1,6 g/cm3) se hunde en el agua.

El agua caliente (menos densa) flota sobre el agua fría (más densa).

Si mezclamos dos gases el menos denso ascenderá y el más denso tenderá a descender.

Ejemplos:

Los globos aerostáticos ascienden debido a que se llenan con aire caliente (menos denso).

Los globos llenos de helio ascienden en el aire ya que el helio tiene una densidad inferior a la del airre.

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El éter (amarillo) tiene menos densidad que el agua (verde) y ésta menos que el CCl4

(morado)

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NO EN 3º ESO

Estos feitos explicaron a lei de Boyle-Mariotte e a lei de Charles e Gay-Lussac.

A dilatación nos gases é moito mayor cá dos sólidos e líquidos. Ademáis o

aumento de volume dos sólidos e líquidos con cada grao de temperatura é diferente

para cada material. Sen embargo este aumento de temperatura produce o mesmo

aumento de volume en tódolos gases. A dilatación é independente do tipo de gas.

Unha aproximación que facilita o estudio dos gases reais é supoñer que o volume

das partículas é nulo. Estes gases (aínda que inexistentes) denomínanse gases

perfectos ou ideais. Mentres non se xunten demasiado as partículas dos gases

reais (o que sucede a temperaturas moi baixas e presións moi grandes) o

comportamento dos gases reais é moi parecido ó dos gases ideais.

Ecuación de gases perfectos non en terceiro eso

Ejercicios:

1. Se 100 litros de osíxeno aumentan o seu volume en 36 litros ó

aumentar un grao a súa temperatura, ¿canto aumentarán de volume

100 l de hidrógeno?

2. O volume dun gas a 500 K é de 10 litros.¿Canto valerá o volume do

mesmo gas se a temperatura baixa a 300K, mantendo constante a

presión?

3. Á presión de 1 atm o volume dun gas é de 10 l. ¿Cal será o seu

volume a 3 atm mantendo constante a temperatura?

4. Temos 10 litros de aire a 1 atm de presión e unha temperatura de

300K. ¿Cal será o seu novo volume se aumentámos a presión a 3 atm

e a temperatura a 400K?

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