Sólido, líquido y gas
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1. Los estados de la materia Propiedades • La materia que nos rodea aparece ante nosotros con muy diversos aspectos. • Presenta distintas formas, colores, dureza, fluidez … pero en general, • consideramos que lo hace en los siguientes estados: Sólido, líquido y gas J. Dalton establece la teoría atómica de la materia Agua cubito de hielo gas encerrado (globo) Todo tipo de materia (sólido, líquido o gas) está constituida por partículas (átomos) En un sólido, estas partículas ocupan posiciones determinadas en una red, alrededor de las cuales vibran cada vez más intensamente a medida que aumentamos la temperatura. Las fuerzas atractivas entre las partículas del sólido son muy intensas. En un líquido, estas partículas se mueven deslizándose unas cerca de otras y manteniéndose unidas por débiles fuerzas atractivas entre ellas. En un gas, estas partículas se mueven a grandes velocidades y las fuerzas atractivas son muy débiles (inexistentes). • Los gases y los líquidos se adaptan a su recipiente, pero los gases además, pueden comprimirse y descomprimirse, lo que no puede hacerse con los líquidos 2. Los gases Modelo de gas ideal Mov. al azar + choque vs partículas-recipiente ≠ velocidades Si aumenta T, aumenta la velocidad Interacciones + choques PRESIÓN Los choques producen el efecto que llamamos presión sobre las mismas Presión: fuerza por unidad de superficie, que ejercen las partículas del gas al chocar las partículas • Paredes • Entre partículas (SI) = 760 mm Hg ¿De qué depende la presión que ejerce un gas? P = f (V , T , nº partículas) A más partículas, más presión A mayor volumen, menor presión A mayor temperatura, mayor velocidad, mayor presión ¿Cómo comprobarlo? Experiencias/ Modelos Manteniendo constantes 2 variables, modificar 1 Boyle Gay-Lussac Charles Ley de Boyle n = constante T = cte. Modelo pistón = jeringa cerrada ΔV volumen → presión • La relación entre la presión y el volumen es inversamente proporcional Ley de Boyle: “a temperatura constante, para una determinada cantidad de gas, el producto presión por volumen permanece constante” Ley de Gay-Lussac n = constante V = cte. Modelo caja cerrada = olla a presión ΔT temperatura → presión Ley de Gay-Lussac: “a volumen constante, la presión de un gas en un recipiente, depende directamente de la temperatura absoluta” Ley de Gay-Lussac + Escala absoluta de temperaturas (grados Kelvin) Calentar gas + Enfriar = obtener cero absoluto n = constante V = cte. ΔT ΔP • La relación entre la presión y el temperatura es directamente proporcional Al disminuir T del gas refrigerándolo, disminuye progresivamente la presión A menor T (“frío”) Las partículas se mueven más lentamente (-agitación) Menos colisiones = disminuye la presión ¿A qué T la presión del gas en el recipiente se hará cero? Partículas estarán en reposo ↓↓T (“congelación”) T críticas (-200ºC o menores) Origen de coordenadas = -273 °C Cero grados absolutos = 0 Kelvin Inalcanzable Principio de termodinámica Escala absoluta de temperaturas T (K) = t (°C) + 273 Ley de Charles P = constante Pint = Pext Modelo émbolo = jeringa abierta ΔT ΔV • La relación entre la temperatura y el volumen es directamente proporcional Ley de Gay-Lussac: “a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta” Ecuación de estado de los gases ideales T = constante V = cte. Ley de Boyle Δn Gay-Lussac ΔP Ec. Gases ideales n = cte Ecuación de los gases ideales: “la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional al volumen del recipiente”. Nuestra constante, tomará un valor ≠ para cada nº partículas de gas que consideremos Si establecemos unas condiciones de presión y temperatura (condiciones normales) llamaremos a esta cantidad de gas un mol del mismo. Condiciones normales: 44,8 L 2 moles P = 1 atm, T = 273 K, V = 22,4 L 67,2 L 3 moles Un mol es la cantidad de átomos de 12C que se encuentran en 12,0000 gramos de carbono. Este número de átomos es el número de Avogadro (cte. de Avogadro). Unidad de cantidad de sustancia química NA = 6.02 x 1023 átomos/mol cte = k = nR condiciones normales n = mol R = cte gases ideales R = 0,082 atm·L/K·mol Mezclas, disoluciones y sustancias puras Materia: todo aquello que ocupa espacio y tiene masa. Sistema material: porción de materia que se considera de forma aislada para su estudio. Sustancia: un tipo concreto de materia. • Sistemas materiales heterogéneos: son sistemas que cuando se observan a simple vista o al microscopio, muestran partes diferenciadas que tienen distintas propiedades. Ex: sangre, leche, nata montada microscopio • Sistemas materiales homogéneos: son sistemas que presentan un aspecto uniforme incluso al microscopio. Tienen las mismas propiedades en cualquiera de sus partes. “Los sistemas materiales formados por varios componentes o sustancias se llaman mezclas”. Mezclas homogéneas Aire limpio y seco Mezclas heterogéneas Humo (S + G), nata montada (S+G) Si las partículas de los componentes de las mezclas heterogéneas son suficientemente grandes, pueden verse a simple vista. < décimas de milímetro Partículas mezclas heterogéneas Coloides/ dispersiones coloidales 10-6 < x < 2·10-4 mm “Si las partículas x < 10-6 mm microscopio dispersas suspensión Ex: zumo, pintura Ex: emulsiones, geles, espumas mezcla homogénea o disolución” Métodos de separación de los componentes de las mezclas heterogéneas: Los componentes de las mezclas heterogéneas tienen diferentes propiedades como: Estado de agregación Densidad Identificar sustancias + Separación componentes mezcla Solubilidad Propiedades generales: • Masa: propiedad de los sistemas materiales que mide la cantidad de materia que poseen. Kilogramo = Kg (SI) Balanza • Volumen: propiedad de los sistemas materiales que nos informa de la cantidad de espacio que ocupan. Metro cúbico = m3 (SI) Representa el volumen de un cubo de un metro de lado Propiedades específicas: Color, brillo, dureza, conductividad, densidad, T fusión dependen de la clase de sustancia pero no de su cantidad ni forma. El cociente entre la masa y el volumen constituye un dato característico de cada sustancia 𝒅= 𝒎 𝑽 Kg/m3 (SI) g/cm3 (SI) Densidad de algunas sustancias (kg/m3) 1.29 Aire 1.98 Dióxido de carbono 1000 Agua 50 Porexpán 2700 Aluminio 13600 Mercurio Densidad: masa que corresponde a un volumen unidad de la misma Separación de los componentes de las mezclas heterogéneas: • Componentes con ≠ estado de agregación Filtración Separación S-L Material filtrante (papel) • Componentes con ≠ densidad Separación por acción de la gravedad Sedimentación Decantación Sólido-Líquido, Centrifugación Rotación , Líq-Líq ≠cias. peso de componentes con ≠ densidad Sedimentaciones más rápidas • Componentes con ≠ solubilidad Disolución selectiva Mezclas homogéneas: Disolución: Un sistema homogéneo formado por la mezcla de dos o más componentes. Disolvente: componente mayoritario de la disolución. Soluto: componente minoritario Disolvente + Soluto Disolución • El estado inicial del disolvente y del soluto puede ser sólido, líquido o gaseoso. Disolvente Soluto Sólido Líquido Sólido Gas Sólido Líquido Líquido Gas Sólido Líquido Gas Gas Disoluciones Disolución formada Ejemplos Aleaciones Sólido Amalgamas Hidrógeno en platino Azúcar en agua Líquido Alcohol en agua Oxígeno en agua Humo Gas Aire húmedo Aire diluidas: la cantidad de soluto en relación con el disolvente es << concentradas: cantidad soluto alta. saturadas: el soluto está en la máxima proporción posible. Concentración: proporción de soluto en una determinada cantidad de disolución. 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 = 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 𝒅𝒅 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 𝒅𝒅 𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅 Concentración en masa: gramos de soluto en cada litro de disolución 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 (𝑔) 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑒𝑒 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 (𝐿) Tanto por cien en masa: gramos de soluto en cada 100 gramos de disolución % 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 (𝑔) · 100 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 (𝑔) No confundir con la densidad de una disolución: 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 (𝑔) 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 (𝐿) Solubilidad: máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad de disolvente a una temperatura determinada. 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔 𝑑𝑑 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑔 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 = = 100 𝑔 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 100 𝑐𝑐3 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 El mol: cantidad de sustancia que contiene tantas unidades como átomos hay en 12 g de 12C Átomo: parte más pequeña de un elemento que puede formar parte de una molécula o intervenir en un proceso químico. Un mol de átomos de cualquier elemento contiene 6.02·1023 átomos de ese elemento y su masa, llamada masa molar, viene dada por la masa atómica expresada en gramos. 𝒈𝒈𝒈𝒈𝒈𝒈 (𝒎) 𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 (𝒏) = 𝒎𝒎𝒎𝒎 𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 (𝑴) La masa molar permite transformar gramos de sustancia en moles y viceversa. Concentración molar: relación entre número de moles de soluto y volumen de la disolución 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑛 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑐 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 𝐿
