Estados de agregación de la materia

TEMA 2

FQ 3º ESO – Tema 2 2

Definiciones generales

• Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y se puede pesar. Se caracteriza por tener masa y volumen.

• La materia puede estar en tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso.

• Sistema material es una porción de materia que hemos seleccionado para su estudio.

FQ 3º ESO – Tema 2 3

Clasificación de los sistemas materiales

Según su composiciónHeterogéneos

Homogéneos

Según sus intercambiosAbiertos

Cerrados

Aislados

Según su estado de agregaciónSólidos

Líquidos

Gaseosos

FQ 3º ESO – Tema 2 4

Estados de agregación• Sólidos: Tienen forma y volumen fijos.• Líquidos: Su volumen es fijo pero su forma

es variable. Se adaptan a la forma del recipiente que los contiene.

• Gases: Tanto la forma como el volumen son variables. Pueden comprimirse y expandirse.

FQ 3º ESO – Tema 2 5

1. EL ESTADO GASEOSO

FQ 3º ESO – Tema 2 6

¿Por qué cuando sellamos con plastilina la abertura que queda entre la botella y el embudo el agua no cae

a la botella?

Los gases

ocupan espacio

FQ 3º ESO – Tema 2 7

¿Por qué el aire que introducimos desplaza al agua que llenaba la botella inicialmente ?

Los gases pesan

FQ 3º ESO – Tema 2 8

Los gases son materia• Si ocupan espacio, tienen volumen.• Si pesan, tienen masa.• Si tienen masa y volumen son materia.• Si son materia están formados por átomos y

moléculas.• ¿Cómo se organizan los átomos y moléculas

en los gases?

FQ 3º ESO – Tema 2 9

¿Cómo se organizan los átomos y moléculas de un

gas?

Para contestar a esta pregunta tenemos que ver antes otras propiedades de los gases.

FQ 3º ESO – Tema 2 10

Difunden con facilidad

Algodón empapado en HCl (aq)

Algodón empapado en NH3 (aq)

Precipitado de NH4Cl (s)

3 4aq aq sHCl NH NH Cl

¿Por qué el olor de un perfume se extiende rápidamente por toda la habitación nada más abrir el frasco?

FQ 3º ESO – Tema 2 11

Tienen forma y volumen variables. Pueden mezclarse con facilidad.

Vapor de yodo sublimado (rojo): Cambia de forma y volumen y se mezcla con el aire (otro gas).

Sin embargo, es imposible que dos sólidos se mezclen de la misma manera.

Proponer una hipótesis sobre la estructura de los gases que explique su facilidad de difusión y de mezcla.

FQ 3º ESO – Tema 2 12

Los gases ejercen fuerzas

¿Por qué el balón no se aplasta al subirse el elefante?

La explicación tiene que ser consistente con la hipótesis propuesta en la diapositiva anterior.

FQ 3º ESO – Tema 2 13

Las fuerzas que ejercen los gases aumentan con la temperatura

¿Por qué el globo se hincha más cuando se calienta?

EXPERIENCIAMete un globo hinchado en la nevera y déjalo hasta el día siguiente.• ¿Qué le ocurre?• ¿Cómo lo explicas?

FQ 3º ESO – Tema 2 14

La fuerza ejercida por el gas depende de la superficie

Supongamos que el matraz y la probeta del dibujo tienen la misma capacidad.

¿En cuál de los dos recipientes ejerce más fuerza el gas sobre la pared?

FQ 3º ESO – Tema 2 15

Concepto de presión• La presión que ejerce un gas sobre la

pared del recipiente es la fuerza por unidad de superficie:

• La unidad S.I. de presión es el Pascal (Pa), que equivale a un Newton por metro cuadrado.

• También son de uso corriente la atmósfera y el milímetro de mercurio.

FP

S

FQ 3º ESO – Tema 2 16

La presión ejercida por el gas NO depende de la

superficieTenemos otra vez el matraz y la probeta de antes.

¿En cuál de los dos recipientes ejerce mayor presión el gas sobre la pared?

La presión es la misma siempre que no varíe el volumen, la temperatura y la cantidad del gas.

FQ 3º ESO – Tema 2 17

Teoría cinética de los gases(Maxwell y Boltzmann, 1877)

• Las partículas que forman los gases son moléculas o átomos aislados. Se encuentran siempre en movimiento y muy separadas entre sí.

• El espacio que queda entre las partículas está vacío. Esto permite el movimiento libre de las partículas y la mezcla de gases.

• Las partículas se mueven en línea recta hasta que chocan con otras partículas o con las paredes del recipiente.

• La presión que ejerce el gas se debe a los choques de las partículas con las paredes del recipiente.

• La velocidad con que se mueven las partículas es mayor cuanto mayor es la temperatura.

FQ 3º ESO – Tema 2 18

Concepto de temperatura

• Es una medida de la velocidad a la que se mueven las partículas que forman un sistema.

FQ 3º ESO – Tema 2 19

Temperatura absoluta• Hay una temperatura a la que cesa

el movimiento de la partículas.• Esta temperatura se llama cero

absoluto y es la mínima temperatura que puede existir. Su valor es de -273,15 ºC.

• ESCALA KELVIN: La temperatura del cero absoluto es 0 K.

• 0 ºC equivale pues a 273,15 K.(tomaremos 273)

FQ 3º ESO – Tema 2 20

Escalas termométricas

100 ºC

0 ºC

373 K

273 K

Punto de ebullición del agua

Punto de fusión del agua

K ºC

T = t + 273

FQ 3º ESO – Tema 2 21

2. LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

FQ 3º ESO – Tema 2 22

El aire es una mezcla de gases

FQ 3º ESO – Tema 2 23

Experimento de Torricelli (1643)

h = 760 mm

1 atm = 760 mmHg

FQ 3º ESO – Tema 2 24

Pruebas de la presión atmosférica

Hemisferios de Magdeburgo Vaso con agua invertido

¿Por qué no se separan?

¿Por qué el agua no cae?

FQ 3º ESO – Tema 2 25

Si tenemos dos copas con líquido, ¿cómo podemos intercambiar los

líquidos sin usar una tercera copa?

FQ 3º ESO – Tema 2 26

3. TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA

FQ 3º ESO – Tema 2 27

Gases ideales o perfectosLas moléculas se mueven libremente sin que haya interacciones de ningún tipo entre ellas.Al bajar la temperatura, el

movimiento es más lento, pero las moléculas siguen sin interaccionar.

Seguiría siendo gas incluso en el cero absoluto, lo cual no tiene sentido.

FQ 3º ESO – Tema 2 28

Gases reales

Las moléculas no se mueven independientemente unas de otras.

Cada molécula está sometida a fuerzas de atracción por parte de las moléculas vecinas (Fuerzas de Van der Waals)

FQ 3º ESO – Tema 2 29

Gases realesA temperaturas altas, las moléculas se mueven a gran velocidad. Su energía cinética es alta y les permite vencer las fuerzas de atracción.

A temperaturas altas, las moléculas se mueven casi con libertad y el sistema está en estado gaseoso.

FQ 3º ESO – Tema 2 30

Gases realesSi disminuye la temperatura, llega un momento en el que la energía cinética de las partículas ya no es suficiente para vencer las fuerzas de atracción.Las partículas tienden a agregarse

debido a las fuerzas de atracción y el sistema se transforma en un líquido.

Los gases reales se licuan al enfriarse

FQ 3º ESO – Tema 2 31

Líquidos

• La energía cinética de las partículas no es suficiente para vencer totalmente a las fuerzas de atracción.

• Las fuerzas hacen que las distancias entre las moléculas sean fijas (volumen constante)

• Debido a su energía cinética, hay una cierta libertad de movimiento de las moléculas, que es menor que en los gases (forma variable)

FQ 3º ESO – Tema 2 32

Sólidos

Al bajar la temperatura, llega un momento en el que se imponen las fuerzas de atracción entre las moléculas, llegando al estado sólido, caracterizado por:• Las moléculas mantienen sus

distancias (volumen definido)• Las moléculas ocupan posiciones

fijas de mínima energía y se ordenan formando cristales (forma fija)

FQ 3º ESO – Tema 2 33

Sólidos

En un sólido, las partículas no están en reposo, sino que vibran en torno a sus posiciones de equilibrio.

La velocidad y amplitud de las vibraciones son mayores a mayor temperatura.

FQ 3º ESO – Tema 2 34

Fusión de un sólidoSi aumenta la temperatura de un sólido (se le aporta energía) sus moléculas vibran a mayor velocidad y las vibraciones tienen más amplitud.Llega un momento en el que la amplitud

de las vibraciones es tan grande que las moléculas se separan de sus posiciones de equilibrio.

FQ 3º ESO – Tema 2 35

Fusión de un sólido

Entonces, el sólido se está transformando en líquido. Este fenómeno recibe el nombre de fusión

Durante la fusión, la energía se emplea en separar a las moléculas de sus posiciones. No aumenta la temperaturaLa temperatura a la que se produce la fusión se llama punto de fusión y depende de la intensidad de las fuerzas de atracción.

FQ 3º ESO – Tema 2 36

Evaporación de un líquido

En un líquido, las partículas más veloces, cuando se aproximan a la superficie pueden escapar y pasar al estado gaseoso. Este proceso se llama evaporación y se caracteriza porque:• Se produce a cualquier

temperatura.• Se produce exclusivamente en la

superficie del líquido.

FQ 3º ESO – Tema 2 37

Ebullición de un líquido

Si le damos energía a un líquido aumenta la energía cinética de sus partículas.

Llega un momento en que esta energía permite a las moléculas vencer las fuerzas de atracción y el líquido se convierte en gas.

Este proceso se llama ebullición

FQ 3º ESO – Tema 2 38

Ebullición de un líquido

Se caracteriza por:• Se produce en todo el líquido,

no sólo en la superficie.• Aparecen burbujas del gas en

todo el líquido.• Se produce a una temperatura

fija llamada punto de ebullición• La temperatura no cambia

durante el proceso.

FQ 3º ESO – Tema 2 39

LÍQUIDO

SÓLIDO GAS

Fusión

Solidificación Condensación

• Evaporación• Ebullición

Sublimación

Sublimacióninversa

CAMBIOS PROGRESIVOS: Absorben energía

CAMBIOS REGRESIVOS: Desprenden energía

Cambios de estado de agregación