TEMA 3. TEORIA CINETICO MOLECULAR

FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO

TEMA 3. LA TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR

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índice

ESTADOS DE LA MATERIA

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TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR

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CAMBIOS DE ESTADO

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GRÁFICAS DE CALENTAMIENTO/ENFRIAMIENTO

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LEYES DE LOS GASES

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ESTADOS DE LA MATERIA

ESTADOS DE LA MATERIA

• Si miras a tu alrededor, las sustancias que ves se pueden encontrar en tres estados diferentes: sólido, líquido y gaseoso. Pero existe un cuarto estado, el plasma, semejante a un gas, pero con carga eléctrica. Está presente en las estrellas, como el Sol, nebulosas y rayos.
• Cada estado de la materia presenta unas propiedades macroscópicas diferentes, observables a simple vista, que depende de las fuerzas de unión entre sus partículas.

LA TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR

LA TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR

Los postulados de la teoría cinético-molecular que justifican las propiedades macroscópicas de la materia son: • La materia está formada por pequeñas partículas, no visibles a simple vista, separadas por un espacio vacío; la materia es discontinua. • Existen fuerzas de atracción o cohesión entre partículas, muy débiles en el caso de los gases. • Las partículas están siempre en continuo movimiento; vibrando en los sólidos, desplazándose unas respecto a otras, en los líquidos y moviéndose libremente en los gases. • Cuanto mayor sea la temperatura de la materia, mayor será la velocidad y la energía cinética de las partículas.

LOS ESTADOS DE LA MATERIA SEGÚN LA TCM

La TCM (Teoría Cinético Molecular) permite explicar a nivel submicroscópico las propiedades, que podemos observar a nivel macroscópico, de los diferentes estados de la materia.

EJERCICIOS

Ejercicio 1. Cuando quieras prepararte leche con caco caliente, ¿qué será más rápido? a) Calentar primero la leche y después añadir el cacao. b) Calentar en el microondas la leche con el cacao y en el vaso. c) Se tarda lo mismo en calentar. Ejercicio 2. Indica las afirmaciones sobre la teoría cinético molecular que no son correctas y corrígelas. a) La materia es continua; no hay espacios libres entre las partículas. b) Las fuerzas de cohesión aumentan al aumentar la distancia entre las partículas. c) Las partículas en los gases están más próximas entre sí que en los sólidos. Ejercicio 3. Corrige si es necesario las siguientes afirmaciones: a) Los líquidos pueden cambiar de forma, dependiendo del recipiente que los contenga, porque sus partículas se deslizan unas sobre otras. b) En los sólidos las partículas están muy separadas entre sí.

3. CAMBIOS DE ESTADO

A presión constante, las sustancias pueden evolucionar de un estado a otro al absorber o ceder energía térmica.

EXPLICACIÓN DE LOS CAMBIOS DE ESTADO POR LA TCM

FUSIÓN: proceso endotérmico de cambio de sólido a líquido, a una temperatura constante denominada punto de fusión. Durante el cambio de estado la temperatura no cambia porque las partículas del sólido absorben toda la energía calorífica para desordenarse y vencer las fuerzas atractivas que las mantienen unidas. SOLIDIFICACIÓN: proceso exotérmico en el que un líquido pasa a sólido a la misma temperatura que el punto de fusión. Al bajar la temperatura, las partículas de líquido se van agrupando y aumentan las fuerzas atractivas, ordenándose en un sólido. VAPORIZACIÓN: proceso endotérmico de transformación de un líquido en un gas. Se distingue evaporación (cambio de estado a nivel superficial, de forma lenta y a cualquier temperatura) de ebullición (cambio de estado en toda la masa del líquido a la temperatura de ebullición). Durante el cambio de estado, la temperatura permanece constante porque el calor es absorbido por las partículas del líquido para contrarrestar las fuerzas de cohesión y así separarse y expandirse. CONDENSACIÓN: proceso exotérmico de cambio de gas a líquido a la temperatura del punto de ebullición. Al bajar la temperatura, las partículas del gas se van juntando y uniéndose por fuerzas de cohesión para formar pequeñas gotitas de líquido.

4. GRÁFICAS DE CALENTAMIENTO/ENFRIAMIENTO

Todas las sustancias puras forman una gráfica de calentamiento con forma de escalera ascendente, en la que parte horizontal de los peldaños indica los cambios de estado. Se diferencian en los puntos de fusión y ebullición que son propiedades específicas para cada sustancia. Si, en lugar de calentar, se enfría la sustancia, la gráfica tendrá forma de escalera descendente, donde los tramos horizontales corresponden a los puntos de solidificación y de condensación.

4. GRÁFICAS DE CALENTAMIENTO/ENFRIAMIENTO

Todas las sustancias puras forman una gráfica de calentamiento con forma de escalera ascendente, en la que parte horizontal de los peldaños indica los cambios de estado. Se diferencian en los puntos de fusión y ebullición que son propiedades específicas para cada sustancia. Si, en lugar de calentar, se enfría la sustancia, la gráfica tendrá forma de escalera descendente, donde los tramos horizontales corresponden a los puntos de solidificación y de condensación.

4. GRÁFICAS DE CALENTAMIENTO/ENFRIAMIENTO

El conocimiento de los puntos de fusión y de ebullición de una sustancia permite deducir su estado, a cualquier temperatura, siendo: Gas: si está por encima de su punto de ebullición  Líquido: cuando está entre los puntos de fusión y ebullición  Sólido: si está por debajo de su punto de fusión.

EJERCICIOS

EJERCICIOS

5. LEYES DE LOS GASES

Un gas está compuesto por partículas muy pequeñas y separadas las unas de las otras, en las que apenas se manifiestan fuerzas de atracción. Estas partículas se mueven al azar a distintas velocidades, chocando entre ellas y contra las paredes del recipiente que las contiene. A finales del Silo XVII, la comunidad científica llegó a la conclusión de que en un sistema cerrado que contiene un gas cualquiera, es posible relacionar matemáticamente las magnitudes presión, temperatura y volumen mediante tres leyes: las leyes de los gases. Para exponer estas tres leyes, supondremos siempre que tenemos la misa cantidad de gas y que, en cada caso, una de las magnitudes se mantiene constante y varían las otras dos.

LEY BOYLE-MARIOTTE

LEY CHARLES

LEY GAY-LUSSAC

LEY GENERAL DE LOS GASES

EJERCICIOS

Ejercicio 8. Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de 750 mm Hg. ¿Qué volumen ocupará a una presión de 1,2 atm? si la temperatura no cambia? Ejercicio 9. El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 200 cm3 a la temperatura de 20ºC. Calcula el volumen a 90ºC si la presión permanece constante. Ejercicio 10. Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mm Hg cuando la temperatura es de 25ºC. Calcula la presión que alcanzará si la temperatura sube hasta los 200ºC. Ejercicio 11. Un recipiente con una capacidad de 25L contiene un gas a una presión de 7,5 atm. Ejercicio 12. Calcula la nueva presión a la que se verá sometido el gas si lo comprimimos hasta un volumen de 10 L sin cambiar la temperatura. Ejercicio 13. Al comprimir un gas encerrado en un émbolo, su presión pasa de 2,3 atm a 8,5 atm. Si el volumen final es de 2 L, ¿cuál era el inicial, si la temperatura ha permanecido constante?

EJERCICIOS

Ejercicio 14. Un globo contiene 10 L de un gas a presión atmosférica y 0ºC. Si el globo puede duplicar su volumen antes de estallar, llegará a explotar si lo calentamos hasta 500ºC. Ejercicio 15. Un recipiente rígido contiene un gas a 5,25 atm y 25ºC. Si la presión no debe sobrepasar 9,75 atm, ¿hasta qué temperatura se podría calentar sin peligro? Ejercicio 16. Calcula a qué temperatura debe calentarse un gas encerrado en un recipiente a una temperatura de 30ºC y 2 atm de presión, para que su presión se duplique. Ejercicio 17. Un recipiente que puede variar su volumen contiene 12 L de un gas a 3,2 atm y 43ºC. ¿Qué volumen alcanzará si aumentamos la temperatura hasta los 185ºC manteniendo constante la presión? ¿Y si mantenemos el volumen constante, qué presión alcanzará? Ejercicio 18. Se tiene un volumen de 40 cm3 de oxígeno a una presión de 380 mm Hg. ¿Qué volumen ocupará a una presión de 760 mm de Hg, si la temperatura permanece constante?

EJERCICIOS

Ejercicio 19. Se calienta aire en un cilindro de acero de volumen constante de 20 °C a 60°C. Si la presión inicial es de 3 atmósferas ¿Cuál es su presión final? Ejercicio 20. ¿Qué volumen ocupará una masa de gas a 150°C y 200 mm Hg, sabiendo que a 50°C y 1 atmósfera ocupa un volumen de 6 litros? Ejercicio 21.Un volumen de gas de 1 L es calentado a presión constante desde 18ºC hasta 58ºC. ¿Cuál es el nuevo Volumen del gas?

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