Materia en estado gaseoso: comportamiento y propiedades

• Comportamiento y propiedades de la materia en estado gaseoso.
En el estado gaseoso se puede observar que algunas sustancias presentan un comportamiento más
homogéneo y sencillo, estas cualidades serían unas propiedades comunes.
Para poder explicar estas propiedades, se debe fijar en algunas peculiaridades del comportamiento de
los materiales, que nos pasan desapercibidas, nos referimos a las sustancias volátiles, es decir,
sustancias sólidas o líquidas que en las condiciones ambientales tienen la propiedad de evaporarse
intensamente, esta evaporación la apreciamos por el olor que emiten.
Es el sentido del olfato el que percibe todos los aromas y olores que provienen en general de sustancias
sólidas y líquidas, que en las condiciones ambientales y de presión están cambiando continuamente de
estado.
A veces se introducen sustancias olorosas para que sirvan de detector o de aviso, como ocurre en el gas
butano (este gas es inodoro).
Comportamiento de los gases
Al no considerar habitualmente las sustancias volátiles como gases, podemos enumerar el aire, el
dióxido de carbono, los gases que se forman que se forman alrededor de un recipiente con gasolina o
gasóleo, y pocos más.
Cuando se comparan entre sí las propiedades de las sustancias gaseosas conocidas, se llega a establecer
las propiedades más llamativas de los gases que son las siguientes:
−Expansibilidad: ocupar todo el volumen que hay
disponible.
−Compresibilidad: posibilidad de ocupar un volumen
mínimo al comprimirlos o al hacer
fuerza sobre ellos.
−Difusibilidad: mezcla completamente entre ellos. ( esta
implicada en el aire, en la propagación de
Los olores por el aire, etc. ) .
Gracias a los globos, bombines, y las jeringas de plástico podemos estudiar algunas propiedades
generales de los gases.
Algunos experimentos permiten verificar nuestra hipótesis de partida y establecer la Ley de Boyle, que
se puede enunciar así:
A una determinada temperatura, el producto de la presión por el volumen ocupado por una cierta cantidad
de un gas es constante. Y lo representamos así. PV=constante.
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• Modelo explicativo del comportamiento de los gases.
La idea de un modelo de un gas, se basa en la sencillez y en que sea capaz de buscar, en principio, todas
las propiedades conocidas de los gases.
Esto significa que no debemos tener varios modelos según las propiedades a explicar, sino que el modelo
que buscamos debe de explicar todas las propiedades conocidas de los gases. En los primeros intentos
los modelos, normalmente son poco matizados y dan cuenta de algunas pocas propiedades.
Estableciendo el modelo
La materia gaseosa tiene una naturaleza corpuscular o discontinua.
La materia está formada por partículas, y estas se encuentran en continuo movimiento, movimiento que
depende de la temperatura.
No existe nada entre las partículas, con otras palabras, podemos decir que la materia está constituida
por partículas en movimiento y vacío.
Por otra parte debemos saber que cuando tratemos con gases encerrados en recipientes, hay que tener
en cuenta la presión atmosférica ( a consecuencia de las fuerzas que el aire exterior al recipiente ejerce
sobre él).
• Validez del modelo corpuscular en los diferentes estados.
Para averiguar si un modelo de estructura de los gases servirá también para explicar las características
propias de los líquidos y de los sólidos, hay que descubrir las propiedades de los líquidos y los sólidos
que inicialmente puedan ser más semejantes a las de los gases (teniendo en cuenta sus diferencias
cuantitativas).
Los líquidos y los sólidos tienen naturaleza corpuscular
Para nuestro propósito, nos fijaremos en aquellas propiedades que presentan los líquidos y los sólidos
semejantes a los gases, como la dilatación por calentamiento, la capacidad de disolución y la
compresibilidad por causa de fuerzas externas y en el caso de los líquidos, la difusión. Esta propiedad la
consideramos en primer lugar para los líquidos.
Las partículas no cambian
Tenemos que saber que aunque calentemos o enfriemos una sustancia las partículas que la constituyen
no se dilatan ni se contraen. No debemos confundir las propiedades macroscópicas (las que se ven) con
las propiedades submicroscópicas (que no se ven).
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Comportamiento macroscópico de la materia
El aspecto macroscópico es el que presenta los tres estados de agregación de la materia: los gases y los
líquidos carecen de forma propia, y por tanto tienen la propiedad de fluir, esta es la razón por la que los
podemos transportar por medio de tuberías y conductos; los sólidos presentan una forma propia y es
imposible transportarlos por tuberías.
Como en los gases la materia está formada por partículas en continuo movimiento separadas por
espacio vacío su fluidez es más sencilla, lo que permite una absoluta libertad de movimiento por el
recipiente que lo contiene.
Dilatación y contracción de las sustancias debido a la temperatura
Los gases, los sólidos y los líquidos se dilatan al aumentar la temperatura, y se contraen cuando ésta
disminuye, esto significa que se produce una variación en la separación media entre las partículas que
constituyen el sistema estudiado.
4ºAplicación del modelo a los cambios físicos.
Cambios de estado
En un cambio de estado la apariencia externa de la sustancia se transforma, pero, como sabemos por el
agua que forma las nubes, la lluvia, los ríos, y los glaciares, es la misma sustancia.
gaseoso
sublimación evaporación
sublimación
condensación
fusión
sólido líquido
solidificación
La teoría corpuscular de la materia también explica las propiedades de los sólidos y de los líquidos más
parecidas a los gases.
Un gas por procedimientos físicos, puede pasar a líquido y este a sólido, es decir, puede ocurrir una
variación en la disposición interna de las partículas (en la distancia entre ellas) y en las fuerzas
responsables de esa estructura interna.
Una vez alcanzado un límite en los gases, y especialmente en los líquidos y sólidos, estas fuerzas entre
las partículas son de repulsión, ya que no nos permiten comprimirlos más.
Las características de estas fuerzas, no pueden justificarse hasta estudiar otra propiedad general de la
materia: la carga eléctrica.
Mezclas y disoluciones
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Una de las principales consecuencias de la teoría corpuscular es que las partículas se mueven con
mayor rapidez al aumentar la temperatura. Ello permite una rápida homogeneización de la disolución.
Sin embargo, en las disoluciones de gases en líquidos ocurre lo contrario que en las de los sólidos y
líquidos, es decir, la cantidad de gas disuelto disminuye con el aumento de la temperatura.
El aumento de la velocidad de las partículas con la temperatura o por la agitación del recipiente,
permite que las partículas del gas puedan escapar de la disolución.
5ºCambios químicos. Explicación a partir del modelo corpuscular.
Una sustancia es elemental cuando está integrada por un único tipo de partículas (a las que Dalton
llamo átomos). Estas pueden estar libres o unidas entre ellas formando agrupaciones de partículas
iguales, a estas agrupaciones les llamamos moléculas.
Ejemplos de sustancias elementales o simples son el oxígeno 02, el hidrógeno H2, el nitrógeno N2, el
carbono, la plata,...
Una sustancia compuesta está formada por la agrupación de diferentes tipos de partículas (dos como
mínimo) unidas fuertemente.
Estas agrupaciones de átomos diferentes a veces están separadas entre sí formando moléculas, como el
agua H2O, el amoníaco NH3, etc. y otras veces forman una especie de red tridimensional con todas las
partículas (sal y algunos minerales).
Cambios químicos y modelo corpusculas
Los cambios químicos se producen cuando a partir de unas sustancias iniciales y después de que entre
ellas se produzca una interacción, obtenemos sustancias completamente distintas a las originales.
Cuando ocurre esta transformación, decimos que se ha producido un cambio químico o una reacción
química.
La teoría corpuscular da una explicación de los cambios químicos, ya que se produce una reordenación
de los átomos por medios de unas uniones entre los mismos.
6º Naturaleza eléctrica de la materia. La carga eléctrica, otra propiedad general.
Manifestaciones eléctricas de la materia
En tiempo de los griegos, el ámbar, una resina fósil procedente de una clase de pinos, al frotarla tenía la
propiedad de atraer trocitos de papel, pelos, plumas etc., esta resina solidificada se llamaba en griego
elektron y de ahí que a esta propiedad se le llame eléctrica y que en general los fenómenos asociados con
ella constituyan la electricidad. No se tenía ninguna explicación de estos hechos. En el siglo XVII,
Gilbert estableció la diferencia entre las fuerzas magnéticas, que actuaban solamente sobre algunos
objetos metálicos como el hierro, níquel y cobalto, y las fuerzas eléctricas que actuaban sobre gran
número de materiales.
¿Se electrizan todos los materiales?
Ningún objeto metálico, al frotarlo puede atraer papelitos u otros objetos ligeros, por lo tanto, hay una
primera clasificación de los materiales frente a la propiedad eléctrica:
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− Aislantes, los que se electrizan.
− Conductores, los que no se electrizan.
7º La carga eléctrica: búsqueda de un modelo.
El versorio, aparato inventado por Gilbert, es un cuerpo que puede girar al ser atraído o repelido por
un objeto cargado. Otro aparato muy sensible es el péndulo electrostático.
Du Fay en el siglo XVIII, estableció que existen dos clases de electricidad y más tarde Benjamín
Franklin, designó a estos dos tipos de electricidad como positiva (+), por presentar un exceso de carga, y
negativa (−), por significar unos defectos de carga. Todos los objetos en estado natural son
eléctricamente neutros, es decir, tienen las dos clases de electricidad en la misma cantidad.
Con este criterio de signos, la interpretación entre las atracciones y repulsiones eléctricas se resume así:
• Objetos cargados con cargas del mismo signo se repelen.
• Objetos cargados con cargas de distinto signo se atraen.
• Un cuerpo cargado siempre atrae a un cuerpo neutro.
8º Incorporación de la carga al modelo corpuscular.
Después de asignar a la materia una naturaleza corpuscular y, a su vez, aceptar que está constituida
por dos tipos de cargas, un problema pendiente es pensar qué modificaciones debemos introducir en
nuestro modelo de la materia para conjugar ambas propiedades.
Actualmente se considera que la materia está formada por partículas, y que estas partículas a su vez
están formadas por otras partículas cargadas en igual número y con carga de diferente signo. Las
partículas cargadas negativamente se llaman electrones y las partículas cargadas positivamente se
llaman protones.
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