VIEJO 2º ESO - Tema 1: la materia

Bienvenidos al mundo de la química

udi 1 : La materia

2º ESO física y química ¡Importante! para crear estas diaspositivas uso un libro de una edición anterior, de modo que algunos números de página están cambiados.

ÍNDICE

1. La materia y sus propiedades
2. ¿Física o química?
3. Estados de agregación
4. Propiedades de los gases

1. Este tema corresponde a los temas 1 y 2 del libro de texto.
2. Estudiaremos la materia, sus propiedades, sus estados de agregación (sólido, líquido, gaseoso. . .) y las propiedades de los gases.
3. Poco a poco nos sumergiremos en el mundo microscópico al estudiar los fenómenos anteriormente mencionados con la Teoría cinético-molecular
4. Aprenderemos a hacer cálculos sobre la presión, temperatura y volumen de los gases gracias a tres ecuaciones.
5. Evaluaremos mediante pruebas parciales, cuaderno y examen final.

La materia y sus propiedades

Clasificamos los materiales

La materia

Leemos la página 30 Actividad 1: copia la definición de materia de la página 30. ¡Recuerda COPIAR LOS ENUNCIADOS! Actividad 2: copia las definiciones de masa y volumen de la página 30. Actividad 3: ¿Tienen masa y volumen? Clasifica los siguientes conceptos como materia o no materia. - Agua - Sonido - Aire - Luz - Metal - Lava - Electricidad - Ropa - Gas butano

Propiedades de la materia

Actividad 4: copia las definiciones de propiedad general y de propiedad específica. P. 30. Actividad 5: copia las definiciones de propiedad cualitativa y propiedad cuantitativa: Propiedad cualitativa: es aquella que únicamente podemos expresar con palabras y no podemos medir de forma objetiva ni asignarle unidades: el color, el olor, el sabor, la dureza, la textura. . . Propiedad cuantitativa: es aquella que podemos describir con números acompañados de unidades. Por ejemplo: la masa (en kilogramos), la temperatura (en kelvin o en grados centígrados), etc. Actividad 6: clasifica las siguientes propiedades, indicando de cada una si es general o específica Y si es cualitativa o cuantitativa: a) densidad b) longitud c) color d) masa e) volumen f) dureza g) punto de ebullición h) temperatura i) elasticidad j) opacidad (impedir el paso de la luz)

Propiedades de la materia

Actividad 7: copia las definiciones de propiedad intensiva y propiedad extensiva: Propiedad intensiva: es aquella cuyo valor no cambia cuando añadimos o reducimos la cantidad de materia de un sistema. Por ejemplo el color y la temperatura del agua de una jarra no cambia tiramos parte del agua. Propiedad extensiva: es aquella que depende de la cantidad de materia: si cambio la cantidad de materia cambia el valor: por ejemplo el volumn Actividad 8: clasifica las siguientes propiedades, indicando de cada una si es intensiva o extensiva. a) densidad b) longitud c) color d) masa e) volumen f) dureza g) punto de ebullición h) temperatura i) elasticidad j) opacidad (impedir el paso de la luz)

La materia se compone de átomos

Actividad 9: Copia lo siguiente en tu cuaderno: La teoría atómica de Dalton propone cuatro postulados (afirmaciones)

1. Toda la materia está compuesta de átomos
2. Existen distintos tipos de átomos. Cada tipo de átomo se llama elemento. Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí.
3. Los átomos se unen entre sí para dar lugar a agrupaciones. Si estas agrupaciones tienen un número concreto de átomos (2, 3, 6, 20. . .) le llamamos moléculas y si es un número variable, le llamamos cristales.
4. Los átomos no se destruyen ni se transforman, sólo pueden separarse y unirse de nuevas formas, dando lugar a moléculas o cristales nuevos. Cuando esto ocurre, decimos que se ha producido una reacción química o cambio químico.

En los temas 3 y 4 veremos las consecuencias de esta teoría en detalle.

Ejemplos de elementos y compuestos:

Esto es sólo un adelanto, en el tema 3 conoceremos los elementos de la tabla periódica y muchas sustancias.

El agua es un compuesto, dado que posee dos tipos de elemento: oxígeno e hidrógeno

En cambio el nitrógeno molecular o dihidrógeno (que es parte del aire que respiramos) es un elemento, dado que sólo tiene un tipo de elemento: nitrógeno

¿Física o química?

Distinguimos entre cambios físicos y cambios químicos

Cambios físicos y químicos

Leamos la página 11 del libro de texto Actividad 10: Copia la definición de cambio físico (página 11).Actividad 11: Copia en el cuaderno los siguientes ejemplos de fenómenos que estudiamos en física:

• Energía en forma de calor: cuando la materia se calienta o enfría
• Cambios de estado: cuando una sustancia se solidifica al enfriarse o se vuelve vapor al calentarse
• El movimiento de los objetos y las causas del movimiento: desde un coche hasta los planetas

• La luz, el magnetismo y la electricidad, y muchos fenómenos más.

Cambios físicos y químicos

Actividad 12: Copia la definición de cambio químico (página 11). Actividad 13: Copia en el cuaderno los siguientes ejemplos de fenómenos que estudiamos en química:

• Los tipos de sustancias que existen y su composición (por ejemplo: agua, sal, plástico, hierro, aire)
• Las reacciones químicas: cuando unas sustancias se transforman en otras y cómo lo hacen.
• Estudiar la materia de la naturaleza y la forma de crear nuevos materiales (artificiales) para beneficio del ser humano.

Para distinguir cambios físicos de cambios químicos, recuerda las propiedades de la materia que hemos estudiado en la primera parte del tema.

En un cambio químico cambian las propiedades específicas: color, sabor, punto de fusión y de ebullición, dureza, etc. En un cambio físico no cambian las propiedades específicas de la materia (algunas pueden cambiar al cambiar de estado de agregación, pero la mayoría no). Por ejemplo, convertir madera en serrín es un proceso físico, dado que el color, la dureza o el olor no cambian significativamente. Quemar madera es cambio químico

Cambios físicos y químicos

Actividad 14: Resume la diapositiva anterior y luego clasifica los siguientes procesos como cambio físico o cambio químico: - tostar pan - trocear papel - exprimir una naranja - digerir una fruta - pulir una roca - fundir hielo - encender un ventilador - secar ropa al sol - excavar - fermentar queso a partir de leche - disolver azúcar en agua - Fundir tornillos en barras de hierro - encender una bombilla pista: piensa en varias propiedades específicas: si todas o casi todas cambian, es cambio químico

Cambios físicos y químicos

Actividad 15: Copia el texto y los dibujos: Cuando el hielo se funde o cuando el agua cambia de temperatura, sus moléculas no cambian, no se rompen. Por eso hablamos de cambio físico.

Cambios físicos y químicos

Actividad 16: Copia el texto y los dibujos: Cuando quemamos gas dihidrógeno en presencia de gas oxígeno (dioxígeno), se rompen las moléculas iniciales y se producen moléculas de agua, por eso es un cambio químico (reacción)

Estados de agregación

Sólido, líquido, gaseoso. . . ¡y más!

Sólidos, líquidos, gases

Leemos las páginas 52 y 53 del libro de texto y luego visionamos el vídeo

Actividad 17: En base a lo que hemos visto en el vídeo y leído en el libro de texto, copia y completa la siguiente tabla en tu cuaderno

ESTADOS DE AGREGACIÓN

Cambios de estado

Leamos la páginas 58 y 59 del libro de texto Actividad 18: Copia la definición de cambio de estado (p. 58). Copia también las tres características. Actividad 19: copia los conceptos temperatura de fusión y de ebullición (p. 59)Actividad 20: Copia el cuadro de los cabios de estado de la página 58. Actividad 21: Copia lo siguiente en tu cuaderno: La vaporización puede darse de dos formas:

• Si llegamos a la temperatura de ebullición, se produce la ebullición, que es rápida y produce burbujas de vapor.
• Por debajo de esa temperatura se produce la evaporación, más lenta y que no produce burbujas de vapor.

LA TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR

¿Qué ocurre en la materia cuando se calienta? ¿Por qué el hielo se funde a 0ºC y no a otra temperatura? ¿Por qué unos sólidos son duros y rígidos y otros deformables? ¿Por qué muchos líquidos pueden mezclarse, pero los sólidos no? Podemos empezar a explicar estos fenómenos si conectamos lo que pasa en la materia con lo que ocurre a las partículas que la forman (sus moléculas o cristales) La teoría cinético-molecular (TCM) conecta el mundo macroscópico (lo bastante grande como para verlo) con el mundo microscópico (en este caso el átomo y las moléculas).

LA TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR

Leemos las páginas 54 a 56. Actividad 22: Copia en tu cuaderno FUERZAS ATRACTIVAS: según la TCM las partículas de la materia (átomos y moléculas) se atraen entre sí.

• Estas fuerzas intentan mantener juntas a las moléculas de la materia, manteniéndolas en estado líquido o, si son lo bastante fuertes, sólido.
• Cada sustancia tiene fuerzas de atracción distintas. Esto es propio de cada sustancia.

Por ejemplo los átomos de hierro siempre se atraen con mucha fuerza entre sí, por eso el hierro es muy duro y se funde a altas temperaturas. En cambio las moléculas de dinitrógeno que forman el gas nitrógeno del aire se atraen tan débilmente que no logran mantenerlo en estado líquido ni sólido.

Actividad 23: Copia en tu cuadernoFUERZAS DE VIBRACIÓN: según la TCM las partículas de la materia (átomos y moléculas) vibran o se mueven.

• A nivel microscópico, la temperatura en realidad es la velocidad de sus partículas (si son gases) o la intensidad de sus vibraciones (si son sólidas o líquidas).
• Por tanto, si la materia se calienta, simplemente sus partículas se están moviendo más rápidamente o vibrando más fuerte y viceversa.
• Las vibraciones "tiran" de las moléculas, intentando separarlas, por eso cuando calentamos lo suficiente una sustancia, acaba fundiéndose primero y posteriormente entrando en ebullición, puesto que las vibraciones serán demasiado fuertes.

Actividad 24: Copia en tu cuaderno y completaSegún la TCM: el estado de ____ (sólido, líquido, gas) depende del equilibrio entre las fuerzas ____ y las fuerzas ____ .

• Si las fuerzas ____ son más fuertes que las fuerzas ____ , tenemos un sólido, puesto que las moléculas no pueden ____ , sólo ____ .
• Si las fuerzas están igualadas, el estado será ____ , puesto que las moléculas pueden ____ , pero no ____ .
• Si las fuerzas ____ son más fuertes que las de ____ , tenemos un gas, en el que las moléculas están totalmente ____ .

Actividad 25: IMPORTANTE. Según lo que hemos aprendido sobre la TCM, reflexiona y responde, señalando el papel de las fuerzas que hemos aprendido.a) ¿qué ocurre cuando un vapor se enfría lo suficiente como para condensarse? b) ¿Por qué no podemos tener hielo de agua caliente? (por ejemplo a 30ºC) c) algunos sólidos deformables como la plastilina, la nutella o la mantequilla están muy duros si se enfrían mucho, pero se ablandan sin llegar a fundirse si subimos ligeramente la temperatura. ¿por qué? d) Cómo es posible que a 20ºC el aire esté en estado gaseoso, y la roca en estado sólido e) Sabiendo que el agua entra en ebullición a 100ºC y el alcohol etílico a 72ºC, ¿qué podemos concluir de sus fuerzas de atracción?

Simulación y ampliación: podemos usar este simulador para comprobar cómo los cambios de temperatura afectan al comportamiento de las moléculas, provocando los cambios de estado. Observa la vibración y el movimiento de las moléculas. En casa puedes trastear con el simulador y simular tus propios experimentos sobre cambios de estado. Además de este simulador, en esta web de la universidad de Colorado (EEUU) hay muchas otras simulaciones de FyQ que puedes curiosear:

Plasma

Además de líquido, sólido y gas existe el estado plasma: Cuando un gas está muy caliente (y en otras circunstancias), sus moléculas chocan con tal violencia que se rompen produciendo luz. Eso es lo que ocurre en bombillas fluorescentes y en los relámpagos, que son el aire convertido en plasma a causa de la electricidad que lo atraviesa violentamente. El fuego NO es plasma, es gas incandescente procedente de la combusión. Incandescente significa "tan caliente que emite luz", como ocurre con las bombillas ordinarias de filamento o la lava volcánica. Contesta las preguntas de la siguiente diapositiva.

Actividad 26: Contesta razonadamente las cuestiones sobre el plasma y otros conceptos que hemos trabajadoa) ¿es el fuego plasma? b) ¿Todas las bombillas usan plasma para producir luz? c) Cuando vemos la luz de un relámpago, ¿es la electricidad lo que produce la luz? d) ¿Por qué si calentamos mucho un metal u otros materiales emiten luz? e) ¿es posible tener hielo (de agua) a 20ºC? f) Si pudiéramos ver los átomos directamente, ¿cómo se manifiesta una disminución en la temperatura? g) ¿Son compresibles los sólidos? ¿Por qué?

Propiedades de los gases

La TCM nos permite explicar el comportamiento de los gases. Prepara tu calculadora.

Los gases presentan tres propiedades generales que pueden variar (variables) que podemos conectar entre sí:

• Presión
• Temperatura
• Volumen

Para una misma masa de gas (por ejemplo 100 gramos de O2) si modificamos una de estas tres variables, las otras dos variables deberán compensar este cambio. Pronto veremos cómo

Actividad 27: Copia y reflexiona:Según la TCM aplicada a los gases:

• La temperatura de un gas depende de la velocidad de sus moléculas. Cuando un gas se calienta sus moléculas se mueven más rápidamente.
• La presión de un gas depende de los choques de sus moléculas. Cuando un gas tiene alta presión es porque sus moléculas chocan con mucha frecuencia o con gran fuerza.
• El volumen de un gas depende de la separación de sus moléculas. Cuando aumentamos el volumen de una cantidad de gas, estamos aumentando la separación de sus moléculas.

Para comprender más fácilmente estos tres fenómenos, vamos a ver una simulación. Puedes practicar con ella en casa fijándote en los valores de presión, temperatura y volumen.

• Observa cómo al cambiar el volumen (asa de la izquierda) cambia la presión.

• Observa cómo al cambiar la temperatura cambia la presión.

• Observa que es imposible cambiar sólo una variable.

Podemos hacer cálculos precisos para los cambios de presión, temperatura y volumen de una misma masa de gas gracias a la Ecuación Combinada de los Gases. En esta ecuación partimos de un primer estado: el estado 1 y cambiaremos algunas variables para llegar al estado 2. En la fórmula anterior P significa presión, V volumen y T temperatura. La temperatura se expresa en kelvin SIEMPRE. Recuerda: nos referimos siempre a cambios en el mismo gas. Por ejemplo el gas contenido en un globo o en una botella.

Usando la ecuación combinada de los gases, resolvemos el ejemplo:Partirmos de un gas que está a 290 kelvin de temperatura, a a 2 atmósferas y que ocupa un total de 3 litros. Si multiplicamos la presión por dos en un recipiente que no cambia de volumen, ¿qué temperatura tiene el gas? Tenemos que separar los datos que se refieren a cómo está el gas al principio (estado 1) y a cómo termina el gas (estado 2). Relee con atención y decide qué datos se refieren al estado inicial y qué datos se refieren al estado final.

Esta frase se refiere al principio porque "partimos de..."Partirmos de un gas que está a 290 kelvin de temperatura, a a 2 atmósferas y que ocupa un total de 3 litros. Por tanto:

• T 1 es 290 K
• P 1 es 2 atm
• V 1 es 3 L

Por tanto esta otra frase se refiere al estado final. Si multiplicamos la presión por dos en un recipiente que no cambia de volumen, ¿qué temperatura tiene el gas? Por tanto:

• T 2 es desconocido: debemos calcularlo
• P 2 es el doble de la anterior, 4 atm
• V 2 no cambia, es igual que V1, por tanto 3 L

Una vez que hemos extraído los datos, vamos a sustituirlos en la ecuación (fórmula): Escribimos la ecuación que hemos aprendido de memoria Sustituimos los valores que hemos extraído del enunciado del problema Fíjate que no hemos podido sustituir T2, dado que el enunciado no nos da la solución. A esto le llamamos la incógnita.

A continuación debemos operar los números que están en el mismo lado (a cada lado le llamamos miembro) Ahora toca la parte aparentemente más complicada, despejar, es decir, dejar la incógnita (que en este caso es T2) totalmente sola en uno de los miembros. Para despejar debemos seguir una regla muy sencilla: Para mover un elemento de un miembro a otro tenemos que preguntarnos ¿qué operación está haciendo? Y debemos pasarlo al otro miembro haciendo la operación contraria. Lo contrario de multiplicar es dividir y viceversa.

Pongamos esto en práctica: T2 está "dividiendo" y esto es un problema, dado que queremos que quede despejada, es decir, totalmente sola. Por tanto lo primero que haremos es mover a T2. Dado que T2 está dividiendo debe pasar haciendo la operación contraria, multiplicar Pero nos damos cuenta de que T2 no está despejada (sola), así que debemos quitar 0.0207. Dado que este número está "multiplicándose" con T2, pasará al otro miembro dividiendo. Para saber la temperatura final dividimos y ponemos la unidad correcta.

Actividad 28: Despeja las variables sin calcular 1.5 atm · V1 4 atm · 6 L 2 atm · 2 L P2 · 2 L a) ---------- = ---------- b) ---------- = ------- 250 K 300 K 273 K 325 K 3 atm · 3.5L 1 atm · 2 L 0.4 atm · 1 L 0.9 atm · 2 L c) ----------- = ---------- d) ----------- = ----------- T1 190K 240K T2 Actividad 29: aprovechando los resultados del ejercicio anterior calcula los resultados de las variables despejadas.

Actividad 30: Calcula la temperatura de un gas a 2 atmósferas de presión que ocupa un volumen de 50 L si originalmente estaba a 1 atmósfera, ocupaba 40 L y estaba a 370K Actividad 31: Si tengo un recipiente hermético (no deja escapar ni salir materia) lleno de 12 L de vapor de agua a 3 atmósferas y a 400K. Si se enfría a la temperatura de la habitación (300 K) calcula la presión que habrá en el recipiente Actividad 32: Si quiero que un globo que tiene 3 L de aire a 1.2 atmósferas y está a 300K ocupe la mitad de volumen sin cambiar de temperatura, calcula la presión que debo aplicarle. Actividad 33: tenemos un gas a 200 K, 1 atmósfera y que ocupa 100L. Si el gas lo teníamos guardado en un recipiente de 20L a la misma temperatura, calcula la presión a la que estaba