Este documento trata sobre los estados de la materia, cambios de estado, teoría cinética molecular, clasificación de sistemas materiales y separación de mezclas. Explica las propiedades de los estados sólido, líquido y gaseoso, así como los procesos de fusión, ebullición, condensación y solidificación. Además, analiza cómo la teoría cinética explica las variaciones de temperatura, presión y cambios de estado. Por último, clasifica los sistemas materiales en sustancias puras, mezclas heterog
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ESTADOS DE LA MATERIA. CAMBIOS DE ESTADO.
Propiedades generales y específicas.
Densidad.
Estados de agregación de la materia.
Cambios de estado.
Diferencias entre evaporación y ebullición.
Temperatura del cambio de estado.
Aclaraciones sobre los cambios de estado.
TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR.
Teoría cinética y temperatura.
Teoría cinética y presión.
Los estados de agregación y la teoría cinética.
La teoría cinética y los cambios de estado.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES.
SEPARACIÓN DE MEZCLAS.
Clasificación de los sistemas materiales.
Mezclas heterogéneas.
Mezclas homogéneas o disoluciones.
Sustancias puras.
¿ Cómo diferenciar compuestos de disoluciones?.
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Son propiedades generales
Dependen de la cantidad de materia, por ejemplo, la masa, el
peso, volumen, longitud, energía cinética, calor, etc.
La tiene toda la materia, cualquier sustancia.
No sirven para diferenciar unas sustancias de otras. Si yo digo
que una sustancia tiene 3 kg de masa o que ocupa un volumen de
2 dm3, no me servirá para diferenciarla de otra porque puedo
tener la misma masa y volumen de cualquier sustancia.
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Sólo la tienen determinados tipos de sustancia, e incluso
una sustancia concreta; es decir, no son comunes a toda la
materia. Por ejemplo, la Densidad es diferente de unas
sustancias a otras.
Las propiedades intensivas son propiedades específicas
No dependen de la cantidad de materia, por ejemplo:
temperatura, punto de fusión, punto de ebullición, calor
específico, densidad, etc.
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Densidad de un cuerpo es el cociente entre la masa de
una determinada cantidad de materia y el volumen que
ocupa.
volumen
masa
densidad
V
m
d
La densidad es una magnitud derivada
que en el sistema internacional de unidades se expresa como
kg / m3.
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La masa y el volumen son propiedades generales o
extensivas de la materia, es decir son comunes a
todos los cuerpos materiales y además dependen
de la cantidad o extensión del cuerpo.
En cambio la densidad es una propiedad intensiva o
característica de cada cuerpo, ya que nos permite
identificar distintas sustancias.
Por ejemplo, muestras de oro de diferentes masas, todas tienen la
misma densidad. La densidad se puede calcular de forma directa
midiendo la masa y el volumen de una muestra.
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El estado de agregación de la materia (sólido, líquido,
gaseoso) puede variar en función de las condiciones
externas (presión y temperatura).
SOLIDO LÍQUIDO GASEOSO
ESTADOS
DE
LA
MATERIA
- Tienen forma fija.
- Tienen volumen fijo. No se pueden comprimir.
- No fluyen.
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- No tienen forma fija. Se adaptan a la forma del recipiente que
los contiene.
- Tienen volumen fijo. Son poco compresibles.
- Fluyen por sí mismos.
- No tienen volumen fijo. Ocupan todo el volumen del
recipiente que los contiene. Son fácilmente compresibles.
- No tienen forma fija. Se adaptan a la forma del recipiente
que los contiene.
- Difunden con facilidad. Tendencia a mezclarse con otros
gases.
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Cambio de estado
es el proceso mediante el cual las sustancias pasan de un
estado de agregación a otro.
El estado físico depende de las fuerzas de cohesión que mantienen
unidas a las partículas.
La modificación de la temperatura o de la presión modificará
dichas fuerzas de cohesión pudiendo provocar un cambio de
estado.
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El paso de un estado de agregación más ordenado a otro más desordenado
Cambios de estado progresivos son:
El paso de sólido a líquido que se llama fusión.
Ejemplo el hielo a agua líquida se funde.
El paso de líquido a gas que se llama vaporización. Ejemplo
el agua líquida pasa a vapor de agua: evaporándose lentamente
(secándose un recipiente o una superficie con agua) o al entrar
en ebullición el líquido (hierve).
El paso de sólido a gas que se llama sublimación.
Ejemplo el azufre o el yodo sólidos al calentarlos
pasan directamente a gas.
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El paso de un estado de agregación más desordenado a otro más ordenado
Cambios de estado regresivos son:
El paso de gas a líquido que se llama condensación.
Ejemplo en los días fríos de invierno el vapor de agua
de la atmósfera se condensa en los cristales de la
ventana que se encuentran fríos o en el espejo del
cuarto de baño.
El paso de líquido a sólido que se llama solidificación.
Ejemplo el agua de una cubitera dentro del congelador se
solidifica formando cubitos de hielo.
El paso de gas a sólido que se denomina sublimación
inversa o regresiva.
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DIFERENCIAS ENTRE EVAPORACIÓN Y
EBULLICIÓN.
El cambio de estado de líquido a gas se
denomina vaporización.
La vaporización puede tener lugar de dos formas:
A cualquier temperatura, el líquido pasa lentamente a
estado gaseoso, el proceso se denomina EVAPORACIÓN.
El paso es lento porque son las partículas que se encuentran en la superficie
del líquido en contacto con la atmósfera las que se van escapando de la
atracción de las demás partículas cuando adquieren suficiente energía para
liberarse. Partículas del líquido que se encuentran en el interior no podrán
recorrer demasiado antes de ser capturadas de nuevo por las partículas que la
rodean.
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A una temperatura determinada se produce el paso de
líquido a gas en todo el volumen del líquido el proceso se
denomina EBULLICIÓN.
Cualquier partícula del interior o de la superficie adquiere suficiente energía
para escapar de sus vecinas, la energía se la proporciona la fuente calorífica
que le ha llevado a dicha temperatura.
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TEMPERATURAS DE CAMBIO DE ESTADO
TEMPERATURA DE FUSIÓN
Temperatura a la que se produce el paso del estado físico sólido al estado
físico líquido
Estas dos temperaturas son iguales
TEMPERATURA DE SOLIDIFICACIÓN
Temperatura a la que se produce el paso del estado físico líquido al estado
físico sólido
TEMPERATURA DE EBULLICIÓN
Temperatura a la que se produce el paso del estado físico líquido al estado
físico gaseoso
Estas dos temperaturas son iguales
TEMPERATURA DE CONDENSACIÓN
Temperatura a la que se produce el paso del estado físico gaseoso al estado
físico líquido
ACLARACIONES SOBRE LOS
CAMBIOS DE ESTADO.
(DILATACIÓN)
DILATACIÓN EN SÓLIDOS Y LÍQUIDOS:
DILATACIÓN Al aumentar la temperatura aumenta el volumen
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Ejercicios:
T = 50 ºC T(K) = T(ºC) + 273,15 = 50 + 273,15 = 323,15 K
T(ºF) = 1,8 · T(ºC) + 32 = 1,8 · 50 + 32 = 90 + 32 = 122 ºF
Para temperaturas dadas en K o ºF se obtiene sus equivalencias
despejando las ecuaciones:
T = 392 ºF T(ºF) = 1,8 · T(ºC) + 32
T(K) = T(ºC) + 273,15 = 200 + 273,15 = 473,15 K
C
FT
CT º200
8,1
360
8,1
32392
8,1
32)(º
)(º
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TEORÍA CINÉTICA Y TEMPERATURA.
La TEMPERATURA es una propiedad de la materia que está relacionada con la
distribución de la energía calorífica entre la materia de un cuerpo.
Normalmente la temperatura mide la energía cinética media de las partículas:
•A mayor energía cinética media (mayor movimiento de las partículas) mayor
choque entre ellas, mayor temperatura.
•A menor energía cinética media (menor movimiento de las partículas) habrá
menos choques entre ellas, menor temperatura.
TEORÍA CINÉTICA Y PRESIÓN.
La PRESIÓN que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene son
debidas a los choques que tienen lugar entre las partículas del gas y dichas paredes.
La variación de la presión de un gas encerrado en un recipiente puede tener lugar por alguna de
estas razones:
Por una variación de la temperatura manteniendo constante el volumen del recipiente que
contiene el gas
Por una variación del volumen que contiene el gas manteniendo constante la temperatura
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Por una variación de la temperatura manteniendo constante el volumen del recipiente
que contiene el gas:
Un aumento de la temperatura aumenta la energía cinética media de las partículas, lo que
provoca una mayor velocidad de las mismas y una mayor intensidad en los choques contra
las paredes: aumenta la presión del recipiente que contiene el gas.
Un enfriamiento disminuirá la energía cinética media y las partículas chocaran con menos
intensidad contra las paredes: disminuye la presión del recipiente que contiene el gas.
Por una variación del volumen que contiene el gas manteniendo constante la
temperatura:
Si disminuye el volumen, las partículas se concentran y chocan con más frecuencia contra
las paredes del recipiente que las contiene: aumenta la presión sobre las paredes del
recipiente.
Si aumenta el volumen, las partículas se separan, tienen más volumen donde moverse y
habrá menos partículas que choquen con las paredes del recipiente que contiene el gas:
disminuye la presión del recipiente.
LA TEORÍA CINÉTICA
Y
LOS CAMBIOS DE ESTADO.
Los cambios de estado se pueden producir de dos formas:
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Cambiando la temperatura a la que se encuentra una
sustancia:
a) Si calentamos damos energía y las partículas
disminuyen sus fuerzas de cohesión, aumenta la energía de
vibración y pierde fortaleza la estructura más o menos rígida
que poseen. El conjunto de partículas que forman dicha
sustancia se desordena: cambios de estado progresivos
(fusión, vaporización, sublimación).
mayor temperatura
mayor energía de vibración de las partículas
mayor movilidad de las partículas
más desordenada la estructura
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Cambiando la temperatura a la que se encuentra una
sustancia:
Si enfriamos quitamos energía y las partículas se
mantienen más cerca, aumentan sus fuerzas de
cohesión y el sistema se ordena: cambios de estado
regresivos (condensación, solidificación,
sublimación regresiva).
menor
temperatura
menor energía de
vibración de las
partículas
menor movilidad de las
partículas
más ordenada la
estructura
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Si disminuimos la presión el sistema tiende a desordenarse ya que no se
favorece el acercamiento de las partículas, disminuyen las fuerzas de cohesión y
se favorece un cambio de estado progresivo
(fusión, vaporización, sublimación).
Si aumentamos la presión se favorece el acercamiento de las partículas
lo que produce un aumento de las fuerzas de cohesión y una tendencia a
los cambios de estado regresivos
(condensación, solidificación, sublimación regresiva).
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MATERIA
HOMOGÉNEA
misma apariencia
IDÉNTICAS PROPIEDADES
dos o más componentes coexisten partículas
diferentes
Cristalización Destilación
separación
Cambios de estado
MEZCLA HOMOGÉNEA
DISOLUCIONES
Cribado Decantación
Filtración Centrifugación
Disolución selectiva Magnetismo
separación
Propiedades físicas
MEZCLA HETEROGÉNEA
TIPOS
MEZCLA
SI
partículas iguales
aunque disitntas a otras sustancias
un solo componente
COMPUESTO
SI
SUSTANCIA SIMPLE
O
ELEMENTO
NO
¿separación por procesos químicos?
SUSTANCIA PURA
NO
¿COMPOSICIÓN?
¿separación por procesos físicos?
MATERIA
¿aspecto?
¿PROPIEDADES?
HETEROGÉNEA
apariencia diferente
DISTINTAS PROPIEDADES
La clasificación se corresponde con la composición
del sistema material, los sistemas materiales se
clasifican en:
Sustancias puras.
Mezclas de sustancias. A su vez se clasifican en:
•Mezclas heterogéneas.
•Mezclas homogéneas, llamadas disoluciones.
Las sustancias presentes en una mezcla se
pueden separar por medios puramente físicos
(densidad, campo magnético, punto de
ebullición, etc.).
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Una mezcla heterogénea o sistema material
heterogéneo es un sistema material formado
por varias sustancias en el que su
composición, estructura o propiedades no se
mantienen en cualquier punto de su masa,
pudiéndose percibir límites de separación
entre regiones diversas.
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Sólido de sólido:
Imantación si uno de
ellos es atraído por
imanes.
Manual si el tamaño
lo permite.
Criba si son de
diferentes tamaños.
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•Sólido de líquido:
Sedimentación
seguido de
decantación.
Sedimentación y
centrifugación,
seguido de
decantación.
Filtración.
•Líquido de líquido, no
miscibles:
•Decantación simple.
•Decantación, utilizando el
embudo de decantación.
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Una mezcla homogénea es un sistema material
homogéneo formado por varias sustancias.
Las mezclas homogéneas se llaman disoluciones.
En una disolución denominamos:
•disolvente a la sustancia de la mezcla que se
encuentra en mayor proporción.
•soluto a la sustancia o sustancias que se
encuentran en menor proporción.
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Soluto Disolvente Comentarios y ejemplos
Sólido
Sólido
Son las aleaciones.
Líquido Amalgamas.
Gas
El más habitual es el hidrógeno
en determinados metales.
Sólido
Líquido
Son las más habituales, las que se
suelen utilizar en química.
Líquido Alcohol en agua.
Gas
El aire disuelto en el agua, las
bebidas gaseosas, etc.
Sólido
Gas
Humo.
Líquido Niebla.
Gas El aire.
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Destilación.
Este método consiste en separar los componentes de las
mezclas basándose en lo volátiles que sean las sustancias
que forman la mezcla se utilizan los destiladores.
Una sustancia de punto de ebullición bajo se considera
“volátil” en relación con las otras sustancias de puntos de
ebullición mayor.
Hay varios tipos de destilación, la más sencilla es la
destilación simple en la que el proceso se lleva a cabo por
medio de una sola etapa, es decir, que se evapora el
líquido de punto de ebullición más bajo (calentando la
mezcla) y se condensa por medio de un refrigerante.
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Evaporación y cristalización:
oLa evaporación consiste en eliminar el disolvente
líquido, quedándonos con el soluto. Para favorecer la
evaporación podemos calentar la mezcla o dejar que
ocurra lentamente.
oLa cristalización es el depósito del sólido disuelto en
el líquido por alguno de los siguientes motivos:
Por enfriamiento. Si nosotros enfriamos deberá tener
menos sólido disuelto en el líquido, el sólido que sobra
acabará depositándose en el fondo del recipiente
(cristalización).
Por evaporación, al disminuir la cantidad de disolvente
deberá tener menos sólido disuelto, el que vaya sobrando a
medida que se evapore el líquido se depositará en el fondo
del recipiente (cristalización).
Se trata de una operación que consiste en eliminar los
componentes volátiles no deseados de una mezcla mediante
el calentamiento a una temperatura inferior al punto de
ebullición
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Se trata de una operación que permite extraer un sólido o soluto que
está disuelto en un líquido o disolvente. Se basa en la concentración
de la disolución hasta saturarla. Entonces dejamos que se enfríe, su
solubilidad disminuye y entonces el soluto empieza a separarse del
disolvente en forma de cristales sólidos que se van depositando.
Extracción.
Consiste en separar varios solutos disueltos en un
disolvente.
Se utiliza la diferencia de solubilidad de cada soluto en
diferentes disolventes. Se añade un disolvente inmiscible
(que no se disuelve) con el disolvente de la mezcla, los
solutos se distribuyen entre los dos disolventes: alguno de
los solutos será más soluble en el primer disolvente y otro
de los solutos en el segundo disolvente.
Posteriormente las dos fases se separan como mezclas
heterogéneas, por decantación en este caso.
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Cromatografía.
Las sustancias a separar se distribuyen entre dos
fases según la tendencia que tengan a estar más en
una de las fases o en la otra.
Una fase es la denominada fase móvil, la que
avanza, y la otra es la fase fija.
Los más solubles o que retiene mejor la fase fija
retrasan su avance y, de esta forma, se separan de
los que retiene mejor la fase móvil.
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SUSTANCIAS PURAS.
Son sistemas materiales homogéneos
formados de un solo tipo de sustancia.
Las sustancias puras pueden ser de dos tipos:
•Simples o elementos. Son sustancias de composición simple
y que no pueden descomponerse en otras más sencillas por métodos
químicos ordinarios.
Son los elementos químicos.
•Compuestos. Son sustancias formadas por la unión química, o
combinación, de dos o más elementos en proporciones fijas, siendo
las propiedades del compuesto diferentes de las de sus elementos
constituyentes.
Los compuestos se pueden descomponer en los elementos que los
constituyen por métodos químicos habituales.
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SUSTANCIA SIMPLE o ELEMENTO
Cuando una sustancia pura está formada por un
solo tipo de elemento, se dice que es una
sustancia simple. Esto ocurre cuando la
molécula contiene varios átomos pero todos son
del mismo elemento.
Ejemplo: Oxígeno gaseoso (O2), ozono (O3),
etc. Están constituidas sus moléculas por varios
átomos del elemento oxígeno.
Molécula de agua (H2O), formada por 2
átomos de hidrógeno (blancos) y 1 átomo
de oxígeno (rojo)
Molécula de etano (C2H6), formada por 2
átomos de carbono (negros) y 6 átomos de
hidrógeno (azul)
Molécula de butano (C4H10), formada por 4
átomos de carbono (negros) y 10 átomos
de hidrógeno (blancos)
-COMPUESTOS
- Son sustancias puras que están constituidas por 2 ó más elementos
combinados en proporciones fijas.
- Los compuestos se pueden descomponer mediante procedimientos químicos
en los elementos que los constituyen.
-Ejemplo: Agua, de fórmula H2O, está constituida por los elementos
hidrógeno (H) y oxígeno (O) y se puede descomponer en ellos mediante la
acción de una corriente eléctrica (electrólisis).
