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  1. 1. Física y Química 3º ESODirección y coordinacióngeneral: ÍndiceInstituto Superior de Formación yRecursos en Red para el 1. El trabajo científico ………………………pag1profesorado del Ministerio deEducación, Política Social y 2. Los gases y la Teoría Cinética……..pag33Deporte.Coordinación: 3. Los estados de la materia…………….pag54José Luis San Emeterio Peña. 4. Sustancias puras y mezclas………….pag82Diseño:Mª José García Cebrián. 5. El átomo y los modelos atómicos…pag107Joaquín Recio Miñarro.Autores: 6. Concepto moderno del átomo……….pag129Jesús M. Muñoz Calle.Luís Ramírez Vicente. 7. Elementos y compuestos………………pag147Joaquín Recio Miñarro.Carlos Palacios Gómez. 8. Nomenclatura y formulaciónMaría Josefa Grima Rojas. inorgánica………………………………………….pag176Javier Soriano Falcó.Enric Ripoll MiraJosé Luís San Emeterio Peña. 9. Reacciones químicas (I)……………….pag218 10. Reacciones químicas (II)…………….pag247 11. Fenómenos y circuitos eléctricos…………………………………………...pag286 12. La electricidad, aplicaciones prácticas…………………………………………….pag324
  2. 2. El trabajo científico 1 El trabajo científicoObjetivos ¿Y tú qué piensas?En esta quincena aprenderás a: 1. El trabajo científico ¿Qué es el trabajo científico? Conocer las características del Obtención de información trabajo científico. Búsqueda de regularidades Organizar las observaciones Enunciado de leyes mediante tablas de valores y Formulación de teorías representaciones gráficas. El progreso de la ciencia Conocer cómo es el proceso de medida y evaluar los errores que se 2. Análisis de datos cometen en cualquier medición. Variables Realizar algunas pequeñas Tablas de valores investigaciones. Expresar los resultados de las Representaciones gráficas medidas de manera adecuada. Conocer algunas de las 3. La medida características de los instrumentos El Sistema Internacional de Unidades de medida. Múltiplos y submúltiplos Instrumentos de medida Precisión y exactitud 4. Errores en la medida Error absoluto Error relativo Cifras significativas RESUMEN FÍSICA Y QUÍMICA  1
  3. 3. El trabajo científico¿Y tú qué piensas?¿Qué es un científico? ¿En qué trabajan los científicos? ¿Cómo y dónde trabajan loscientíficos? ¿Qué hace falta para ser un científico? Imagen del LHC del CERN donde se investiga sobre la naturaleza de la materia2  FÍSICA Y QUÍMICA
  4. 4. El trabajo científico1. El trabajo científico¿Qué es el trabajo científico? (I)Los científicos tratan de conocer mejor el mundo quenos rodea.No puede decirse que todos los científicos utilicen unmétodo de trabajo idéntico. La época en la quevivieron condicionó su forma de trabajar.Si algo caracteriza a un científico es su curiosidad ysu tendencia a hacer hipótesis sobre cómo secomporta la naturaleza.Tener curiosidad por saber cómo funciona un servivo, qué leyes rigen el movimiento de los planetas,qué fármacos son adecuados para combatir unaenfermedad o qué transformaciones ha sufrido laTierra desde su origen, son sólo algunas de las tareaspropias de los científicos y que han conseguido tantosavances en el conocimiento.En la escena adjunta tienes brevísimas biografías dealgunos científicos que resumen cómo y en quétrabajaron. FÍSICA Y QUÍMICA  3
  5. 5. El trabajo científico España es el Consejo Superior de investigaciones Científicas. En él trabajan más de 20000 personas, de las que más de 3000 son científicos. Tareas. En la escena adjunta tienes algunas de las tareas propias del trabajo de los científicos.¿Qué es el trabajo científico? (II)Ser curioso no basta para ser científico.Los científicos deben saber todo lo que ya se conocesobre lo que quieren investigar.Formación.Conocer todo lo que se sabe de un tema es unatarea larga y complicada, hay que estudiar y trabajarmucho.Organización.Los científicos se organizan en grupos deinvestigación. Desde sus centros de trabajo, seplantean interrogantes y buscan respuestas a suspreguntas.El organismo de investigación más importante de4  FÍSICA Y QUÍMICA
  6. 6. El trabajo científico Obtención de información (I) ¿Sobre qué se puede investigar? No es fácil que un científico investigue sobre cualquier tema que se le ocurra. Los grupos de investigación deciden cuáles son los temas a investigar. Los gobiernos y las empresas también tienen mucho que decir FÍSICA Y QUÍMICA  5
  7. 7. El trabajo científicosobre qué se investiga. Existen líneas prioritarias de investigación? ¿qué problemasinvestigación, bien porque se espera que con su puedendesarrollo se encuentren soluciones para mejorar elnivel de vida, aumentar los ingresos, o.., porque para presentarse? y un sin fin deuna empresa sea necesario investigar en un preguntas que ayudarán adeterminado campo para aumentar sus ventas. planificar unos buenos experimentos que sean reproducibles en cualquier otro laboratorio y produzcan los mismos resultados. Búsqueda de Regularidades El conocido caso de los oídos taponados. Al despegar y al aterrizar en un avión pueden producirse molestias en los oídos que lleganLa prioridades que tiene el gobierno sobre cuáles son a ser dolorosas. Lo mismo ocurrelos temas prioritarios a investigar se establecen en el al bucear en una piscina o en elPlan Nacional de I+D+i mar; cuanta más profundidad se alcanza, más doloroso puede resultar.Las siglas I+D+I significan: Investigación +Desarrollo + Innovación tecnológica. Aunque hoy en día el fenómeno, así como sus causas, son bienObtención de información (II) conocidos, no siempre fue así. La curiosidad de Blaise Pascal le¿Dónde se encuentra la información? llevó a descubrir en el año 1648 que la atmósfera ejercía unaLa búsqueda de información se presión sobre nosotros y querealiza en libros y en revistas según vamos ascendiendo, laespecializadas en el tema. cantidad de aire que hay encimaÉstas, publican artículos va reduciéndose, por lo que lacientíficos en los que exponen presión también vaqué pretenden investigar, cómo disminuyendo. Pascallo han hecho, qué resultados popularizó el barómetro,han obtenido y qué instrumento que sirve para medirconclusiones pueden obtenerse la presión que ejerce lade su trabajo. El idioma atmósfera, midiéndola enhabitual en estas diferentes lugares.comunicaciones suele ser elinglés, por lo que el dominio de esta lengua esimprescindible para cualquier científico.Los centros de investigación deben tener buenasbibliotecas y estar suscritos a las revistas deinvestigación que publican trabajos de su especialidad.Si después de haber leído y estudiado mucho, loscientíficos siguen sin encontrar respuesta a suspreguntas, se plantean estrategias para encontrarla:¿qué procedimiento ha de seguirse en la6  FÍSICA Y QUÍMICA
  8. 8. El trabajo científico investigarlos, y en otros, su estudio ha sido muy sencillo. 1. Cuanto más se calienta una varilla de metal más se alarga (más se dilata). 2. Cuanto más se presiona una jeringuilla vacía, tapada por su extremo, menos volumen ocupa el aire de su interior. 3. Cuanto más caliente está el líquido en el que queremos disolver una sustancia sólida, más fácil es que se disuelva. Hay excepciones. 4. Cuanto más se eleva un globo menos presión soporta 5. Cuanto mayor es la masa de un cuerpo que está quieto, más fuerza hay que hacer para La escena, representa una simulación en la que moverlo. los gases que constituyen la atmósfera están 6. Cuanta más corriente eléctrica representados por puntos. A medida que nos atraviesa una lámpara, más calor elevamos por ella, vamos teniendo menos aire desprende. sobre nosotros. Trata de encontrar tú otras Observa que… regularidades sobre el comportamiento de las Las partículas de aire están en continua sustancias. agitación. Por ejemplo: En la primera capa de la atmósfera, la troposfera, está el 75% de los gases a) Bronceado de la piel respecto al tiempo de exposición al sol. Al ascender, hay cada vez menos partículas por metro cúbico. b) Volumen de un globo respecto al aire que está en su interior. La proporción que guardan los gases entre sí (21% oxigeno, 78% nitrógeno, etc.) se c) Temperatura que alcanzan los mantiene arriba aún cuando haya mucha alimentos respecto al tiempo que menos cantidad. están en el frigorífico. d) Tiempo de secado de la ropa respecto a la velocidad del viento. e) Tiempo de secado de la ropa respecto a la temperaturaActividades ambiente. f) Horas de sol respecto a latitud terrestre. g) Desgaste de neumáticos conBúsqueda de regularidades respecto a los kilómetros recorridos.Aquí tienes algunos comportamientos regulares de lassustancias. El estudio de dichas regularidades ha dadolugar a leyes científicas. En algunos casos, se hannecesitado complicados experimentos para FÍSICA Y QUÍMICA  7
  9. 9. El trabajo científicoEnunciado de leyes Ejercicios interactivosCon la invención del manómetro, pudo medirse lapresión en el interior de los líquidos. Enunciado de leyesEn la escena adjunta se simula un vaso de más de400 m de altura que puede contener agua o aceite, tú 1. ¿Existirá alguna regularidadeliges. entre la presión que soporta un cuerpo sumergido y su¿Variará la presión en un líquido, de la misma forma profundidad?que en los gases? ¿Existirá una ecuación simple que 2. ¿Qué diferencias existen entrenos diga cómo varía la presión de un líquido con la la presión en el agua y en elaltura? aceite?El punto rojo representa un manómetro que puede 3. ¿Qué relación habrá entre lasumergirse en el líquido y nos marca qué presión, profundidad del manómetro ymedida en atmósferas, hay en ese punto. También la presión que marca? ¿Existesabemos a qué profundidad se encuentra. una relación sencilla, ley, que relacione presión con profundidad para el agua y paraCuando el manómetro todavía no se ha sumergido, la el aceite?presión es de 1atmósfera, es la Datos: el agua tiene unapresión del aire. densidad de 1 kg/L. La densidad del aceite es 0,8 kg/L .Si bajas elmanómetro en la Para responder a estas preguntassimulación, comienza rellenando las celdasobservarás que la vacías de las dos primeraspresión aumenta. A columnas, ayudándote de lala presión del aire se escena.suma la presión del La presión que marca elagua que tiene manómetro, no contempla laencima. Si tratas de presión atmosférica.observar con máscuidado igual llegas aencontrar más Rel. Rel. Prof. P. P.regularidades. Pulsa prof./ prof./ d (m) agua aceiteel botón pres. pres.Instrucciones para 50saber qué hacer. 100 150 Instrucciones 200 1. Selecciona el agua. Haz clic sobre el punto 250 rojo y sumérgelo. Observa los valores de la profundidad y de la presión a medida que se 1. Regularidad va sumergiendo. Entre la profundidad a la que 2. Repítelo seleccionando el aceite. está un cuerpo sumergido y la presión que soporta. ¿Qué puedes decir acerca de la variación de la presión con la profundidad?8  FÍSICA Y QUÍMICA
  10. 10. El trabajo científico griego y significa “sol”.2. Diferencias entre el agua y el aceite¿Qué diferencias hay entre la presión en el interior del Las siguientes imágenes teagua y del aceite para profundidades iguales? ayudan a conocer más sobre ellas.3. Variación de la presión con la profundidad.Puedes utilizar la calculadoraa) ¿Qué relación hay entre profundidad y presión enel agua?Para calcular la relación entre dos magnitudes, sólotienes que dividir el valor de una entre el de la otra.En este caso, la altura entre la presión. Si la divisiónte da decimales, escribe sólo el valor de la primeracifra decimal.b) ¿Qué relación hay entre profundidad y presión en elaceite?Rellena las dos últimas columnas.Enunciado de leyesc) ¿Existe una relación sencilla que relacione lapresión con la profundidad del tipoPresión = profundidad * algo?d) ¿Cuánto vale "algo" para el agua y para el aceite?e) Escribe la ley que muestre cómo varía la presiónque tiene un líquido según sea su profundidad.Formulación de teoríasEn el lenguaje ordinario, la palabra teoría esequivalente a "suposición"."Mantengo la teoría de que ...", es equivalente a decir"Supongo que..."En el lenguaje científico, la palabra teoría tiene unsignificado muy diferente al que se utiliza en ellenguaje ordinario:"Una teoría científica es un conjunto de conocimientosque pueden abarcar varias leyes"Las teorías científicas explican las regularidades quedescriben las leyes científicas.Estos son dos ejemplos de teorías científicas:Teoría geocéntrica: el prefijo “geo” procede del griegoy significa “tierra”.Teoría heliocéntrica: el prefijo “helios” procede del FÍSICA Y QUÍMICA  9
  11. 11. El trabajo científico 2. Análisis de datos Variables (I) Se denomina variable a cada uno de los factores que se pueden modificar en los experimentos, con la intención de que esta modificación produzca cambios en los resultados. Imagina que quisiéramos estudiar de qué factores depende el periodo de oscilación de un péndulo. Se llama periodo de oscilación de un péndulo al tiempo que tarda desde que se deja caer hasta que llega al mismo puntoEl progreso de la ciencia en el que se soltó.Si los científicos encuentran respuestas a suspreguntas, publican sus trabajos en las revistas de Manipulando la escena adjunta,investigación para el conocimiento de los averigua de qué variablesinvestigadores interesados. Cuando el tema es lo depende el periodo de unsuficientemente extenso publican libros en los que péndulo.desarrollan sus trabajos con detalle.Se dice que la ciencia tiene un carácter acumulativo,pues va progresando a partir de los conocimientosanteriores.Cuando el resultado de una investigación pudieratener una aplicación tecnológica inmediata, seregistra una patente. La aplicación de esta patente enuna empresa, requerirá del permiso de losinvestigadores, siendo compensados mediante unaretribución económica.El Consejo Superior de Investigaciones Científicas Actividad:publica numerosas revistas en las que se publican lasinvestigaciones realizadas Averigua de cuáles de las tres variables contempladas en esta experiencia, depende el periodo del péndulo.10  FÍSICA Y QUÍMICA
  12. 12. El trabajo científico Las variables que se mantienen con un valor constante mientras se modifican la variable independiente y la dependiente,Ejercicios interactivos se llaman variables de control. En la siguiente escena puedesVariables que influyen en el período del péndulo estudiar cómo influye la longitud de un péndulo en su periodo de oscilación.Haz hipótesis: ¿Cuáles de estas variables influirán enel periodo de oscilación de un péndulo?:  a) la masa de la bola que se cuelga  b) la longitud del hilo con el que se sujeta  c) el ángulo que se separa de la vertical para dejarlo caerPara comprobar de qué variables depende el periododel péndulo, te bastará con rellenar la última columnade cada una de las tres tablas siguientes: 20 ángulo 12 (º) 4 3 masa 5 (kg) 7 Actividad: 2 ¿Cómo influye la longitud en el longitud 4 periodo de oscilación del péndulo? (m) 6Variables (II) Ejercicios interactivosLos experimentos no pueden realizarse modificandotodas las variables a la vez. Hay que modificarlas unaa una, dejando fijas las demás y viendo qué efectosproduce sobre lo que queremos comprobar. Cómo influye la longitud del hilo en el periodo del pénduloLa variable que el científico modifica conscientementese llama variable independiente. En la experiencia anterior hasLa variable que se modifica como consecuencia de averiguado de qué variablescambiar la variable independiente se llama variable depende el periodo del péndulo.dependiente. En la escena siguiente esta variable es Ahora, vas a trabajar con unel periodo de oscilación del péndulo. poco más de rigor y estudiarás cómo varía el periodo del FÍSICA Y QUÍMICA  11
  13. 13. El trabajo científicopéndulo con la longitud del hilo. Imagina que se está realizandoEn esta experiencia, la variable independiente es la una experiencia en la que selongitud del hilo y la variable dependiente es el trata de estudiar cómo seperiodo del péndulo. Las variables de control, son desplaza un móvil.la bola y el tipo de hilo, que permanecen constantes.Respecto a la masa de la bola y el ángulo desde elque se lanza, puesto que se ha visto que son Se simula un móvil que vavariables que no influyen en el periodo, pues da igual perdiendo una gota de aceiteque las varíes o no. A efectos del resultado son cada segundo. Podemos variar lairrelevantes. velocidad del móvil con el control v.¿Cómo medir con más rigor el periodo de unpéndulo?: Se mide el tiempo que tarda en dar cinco La escena presenta, en una tablaoscilaciones completas y ese tiempo total se divide de valores, la distancia al origenpor cinco. del movimiento a la que se encuentra cada una de las seisExplicación: primeras gotas. La medida de un único periodo del péndulo es A la vista de las tablas de valores difícil de obtener, dado que no es fácil decidir puede obtenerse mucha cuál es el momento exacto en el que el información. Si realizas las dos péndulo llega al punto desde el que se dejó actividades propuestas, podrás caer. Para mejorar la medida, se pueden medir verlo. unas cuantas oscilaciones completas, por ejemplo cinco. Si el tiempo que tarda el péndulo en dar cinco oscilaciones completas se divide por cinco, obtendremos el tiempo que tarda en dar una oscilación, es decir un periodo. Esta medida será más rigurosa que si sólo hiciéramos una. Con estas instrucciones, completa la tabla siguiente: longitu tiempo tiempo d cinco una oscilacione oscilació (m) s n 1 2 3 4 5¿Qué conclusiones puedes obtener de esta Actividad 1:investigación? Cuando la velocidad del móvil esTablas de valores (I) 4, ¿a qué distancia del origen se encuentra la gota nº 6?Para poder analizar los datos que se obtienen en unaexperiencia, es preciso recogerlos de una manera Actividad 2:ordenada. Así, se consigue que "de un vistazo" Cuando la velocidad del móvil espuedan verse los resultados de una experiencia.12  FÍSICA Y QUÍMICA
  14. 14. El trabajo científico5, ¿a qué distancia se encontrarála séptima gota del origen delmovimiento? No es muy fácilllegar a averiguarlo, pero sielevas cada tiempo al cuadradote resultará algo menos difícilsaberlo.Tablas de valores (II)Habitualmente los resultados que se obtienen en unainvestigación no guardan una relación tan sencillacomo en la escena anterior.En la escena siguiente se presentan tres tipos derelaciones, con tablas de valores diferentes.  proporcionalidad directa  proporcionalidad cuadrática directa  proporcionalidad inversaUtiliza la escena para conocer las características decada una de estas relaciones y cómo son las tablas devalores que originan. FÍSICA Y QUÍMICA  13
  15. 15. El trabajo científico RepresentacionesRepresentaciones gráficas (I) gráficas (II)Una vez recogidos los valores de las variables en las Las representaciones gráficastablas, el paso siguiente es la representación gráfica. que se obtienen al realizar experimentos pueden ser muyEn la escena adjunta se simula cómo se va calentando variadas. A veces resultan muyun vaso con agua. complejas y otras veces noUn termómetro nos dice qué temperatura alcanza y En la escena adjunta seun reloj nos informa sobre cómo transcurre el tiempo. representa cómo son gráficas diferentes gráficas de dos tipos de movimiento:En la representación gráfica se coloca  Movimiento Rectilíneo  en el eje de abscisas la variable Uniforme (MRU). independiente: el tiempo.  Movimiento Rectilíneo  en el eje de ordenadas la variable Uniformemente Acelerado dependiente: la temperatura. (MRUA). Para trabajar con esta escena, no hace falta que conozcas muy bien cuál es significado de los términos posición, velocidad y aceleración. Fíjate en los tipos de gráficas que resumen diferentes tipos de movimiento.Actividad Se simula el calentamiento de un vaso con agua.Se pueden modificar la temperatura a la que seencuentra el agua inicialmente, su masa y lapotencia del calefactor.Modifica las variables de forma ordenada.¿Cuántos tramos puedes distinguir en la gráfica?¿Cómo es la variación de la temperatura en cadatramo?14  FÍSICA Y QUÍMICA
  16. 16. El trabajo científico FÍSICA Y QUÍMICA  15
  17. 17. El trabajo científico la misma velocidad, elEjercicios interactivos coche rojo adelanta al verde rápidamente. Mientras que el coche verde vaTipos de gráficas siempre con la misma velocidad, el coche rojo va cada vez másEn la escena se dibujan 3 gráficas que representan la rápido. La gráfica s/t del cocheposición frente al tiempo empleado (gráficas x/t). verde es una recta, mientras queEstas gráficas resumen el movimiento de tres coches: la del coche rojo es una curvauno de ellos, de color rojo, no consigue arrancar. De ascendente.momento, no nos preocupemos, pensemos en loscoches azul y verde.Abre la escena y realiza las siguientes actividades. 3. La medidaSin variar los valores iniciales de la velocidad,pulsa el botón comenzar. El Sistema Internacional de Unidades (I) 1.¿Qué coche va más rápido? 2.Rellena esta tabla de valores, parando la Se llaman magnitudes a las escena cuando los tiempos estén próximos a 2, 4, propiedades de la materia que se 6, 8 y 10 s, volviéndola a poner en marcha cada pueden medir de una manera vez que hayas escrito los tres valores (tiempo, s2 objetiva. y s3) Para medir hay que comparar la propiedad que se quiere medir con otra denominada unidad. tiempo(s) x2 x3 Por ejemplo, medir la longitud de 2 un cordel, supone conocer cuántas unidades de longitud 4 (metros) tiene dicho cordel. 6 Siete magnitudes físicas, solas o 8 combinadas, son suficientes, 10 para expresar las propiedades de la materia más habituales. Se llaman magnitudes Cambia los valores iniciales de v2 y v3. fundamentales. 3. Modifica el valor de v2 y v3 para conseguir que El Sistema Internacional de Unidades es un acuerdo a) v3 tenga el doble de velocidad que v2 internacional, por el que se b) v2 tenga el triple de velocidad que v3 establece cuáles son las unidades de las magnitudes Habrás observado que cuanto mayor es la fundamentales. velocidad, mayor es la inclinación de la recta x/t. Si la gráfica x/t que representa un movimiento es una recta, entonces su velocidad es constante (no varía). Cambia los valores iniciales de v1 y v3. 4. Detén el coche azul (v3=0) y arranca el coche rojo, v1, dándole una velocidad de 3m/s. Observa que, aunque los dos salen con16  FÍSICA Y QUÍMICA
  18. 18. El trabajo científico El Sistema Internacional de Unidades (II) Hay magnitudes que pueden expresarse como una combinación de la magnitudes fundamentales:  una superficie es una longitud al cuadrado  una velocidad es unaUnidades patrón longitud entre un tiempo Estas magnitudes se llamanUnidades patrón magnitudes derivadas y lasLas unidades patrón han ido variando a lo largo de la unidades en las que se miden, sehistoria. llaman unidades derivadas.En la antigüedad las unidades de medida eran localesy muy diferentes de unas regiones a otras. Con el En la tabla adjunta puedes vertiempo se fueron unificando. El Sistema Internacional algunas de las más utilizadas ende Unidades ha supuesto un enorme avance a la hora física.de comparar medidas realizadas en diferentes países.Durante muchos años, las unidades con las que secomparaban lo que se medía eran objetos queestaban expuestos en museos o eran de fácilcomprensión.Así el metro patrón era una barra de platino iridiadoque se conservaba en Oficina Internacional de Pesos yMedidas de Sèvres.El kilogramo patrón era un cilindro metálico que seconservaba en la Oficina Internacional de Pesos yMedidas de Sèvres.El segundo se definía como la 86.400 ava parte de laduración que tuvo el día solar medio.Hoy en día, excepto el kilogramo, que se siguedefiniendo de la misma forma, las demás magnitudesse definen a partir de una característica físicafundamental. Así:Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacíodurante un intervalo de 1/299.792.458 de segundo.No te preocupes, no hace falta que lo entiendas.Un segundo es la duración de 9.192.631.770oscilaciones de la radiación emitida en la transiciónentre los dos niveles hiperfinos del estadofundamental del isótopo 133 del átomo de Cs (133Cs), a una temperatura de 0 K, lo que, por supuesto,tampoco debes entender. FÍSICA Y QUÍMICA  17
  19. 19. El trabajo científico La tabla adjunta contiene losFactores de conversión múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.Los factores de conversión Puesto que hay medidass tan grandes y tan pequeñas, paraSon una forma muy eficaz de pasar de unas unidades facilitar los cálculos, las medidasa otras. suelen expresarse mediante lo que se conoce como notaciónEl factor de conversión es una fracción en la que el científica.numerador y el denominador valen lo mismo, sonvalores iguales expresados en unidades distintas; porlo tanto, la fracción de conversión vale la unidad.Basta con multiplicar la medida que queremosconvertir por el factor de conversión correspondienteAquí hay cuatro factores de conversión:Para pasar de km/h a m/s habrá que utilizar dosfactores de conversión, el segundo y el cuarto Notación científicaPara pasar de m/s a km/h habrá que utilizar dosfactores de conversión, el primero y el tercero La notación científica consiste enEn el siguiente enlace, verás cómo pasar de unas escribir el resultado de unaunidades a otras: medida como un producto de dos partes: un número comprendido entre 1 y 10 y una potencia de 10. El número se representa con una cifra entera seguido de cifrasMúltiplos y submúltiplos decimales y multiplicado por la potencia de 10. La potencia deEn muchas ocasiones, y dado que carece de sentido diez recibe el nombre deexpresar el resultado de una medida en la unidad exponente.correspondiente del Sistema Internacional, se recurre Trabajar con notación científicaal empleo de múltiplos y submúltiplos. no es trivial, hay que practicar bastante.No tendría mucho sentido expresar la distancia entre Puedes practicar cuanto quierasla Tierra y la Luna en metros, ni tampoco sería con la siguiente escena, bastaadecuado utilizar esta unidad para medir el grosor de con pulsar inicio para queun cabello. aparezca un ejercicio diferente.18  FÍSICA Y QUÍMICA
  20. 20. El trabajo científico Precisión y exactitud Se llama precisión de un instrumento de medida a la variación más pequeña que dicho instrumento puede apreciar. Exactitud: un instrumento de medida es tanto más exactoActividad: cuanto más se acerquen sus medidas al valor real.Calcula la expresión del número en notacióncientífica y escríbela en tu cuaderno. Pulsa el botón Rango de un instrumento dede -RESPUESTA- para ver si es correcta. medida es el intervalo entre el valor mínimo y máximo que puede medir dicho instrumento.Instrumentos de medida Fidelidad: un instrumento de medida es tanto más fiel cuantoLa medida directa de las magnitudes se realiza con al realizar varias veces unainstrumentos que pueden clasificarse en: medida, se produzcan los mismos resultados.analógicos:suelen tener un marcador, en muchos casos una En la escena siguiente se simulanaguja, que va girando sobre una escala graduada. dos balanzas con distinta fidelidad. Realiza una serie de 10digitales: medidas con cada una y averiguael valor de la medida aparece en una pantalla. cuál es más fiel.En la figura aparece una parte del salpicadero de uncoche con:  seis agujas que miden de forma analógica,  tres pantallas que realizan medidas digitales,  otros testigos que aseguran el funcionamiento de diferentes componentes del automóvil.Identifica los diferentes instrumentos de medida de laimagen y clasifícalos en analógicos y digitales. Observa: Lanza varias veces la balanza para poder comprobar si es fiel. FÍSICA Y QUÍMICA  19
  21. 21. El trabajo científico4. Errores en la medidaError absoluto Error relativoEl error absoluto de una medida es la diferencia El error relativo de una medidaentre el valor real de una magnitud y el valor que es el cociente entre el errorse ha medido. absoluto de la medida y el valor real de ésta.Se llama imprecisión absoluta a la media de loserrores absolutos tomados todos con signos El error relativo suele expresarsepositivos. en %.En la siguiente escena se simula un instrumento de El cálculo del error relativo en unmedida: hace muchas medidas y nos dice cuánto vale proceso de medida nos aportacada una de ellas y cuántas veces se ha obtenido. más información que el simple cálculo del error absoluto.La primera columna representa el valor de la Imagina que el error al medir elmedida, son siete números que salen aleatoriamente lado de un azulejo ha sido 2 mmcada vez que inicies la escena. y el error al medir la longitud deLa segunda columna es la frecuencia: el número de una habitación ha sido tambiénveces que se ha obtenido la medida que está a su 2mm.izquierda Aunque el error absoluto en ambas medidas es el mismo, la medida de la cocina es mucho mejor que la del azulejo, ya que la medida era mucho mayor. EnActividad: la escena verás cómo se calcula el error relativo de una serie dePulsa inicio para lanzar una nueva serie de medidas.medidas. Al pulsar en el menú vas viendo lospasos que se deben acometer para obtener unvalor representativo de ellas y su Incertidumbreabsoluta. Actividad: La columna Frecuen. indica el número de veces Pulsa inicio para lanzar una nuevaque se ha repetido el Xi adjunto. serie de medidas. Al pulsar en el menú vas viendo los pasos que se deben acometer para obtener un valor representativo de ellas y su Incertidumbre absoluta. La columna Frecuen. indica el número de veces que se ha repetido el Xi adjunto.20  FÍSICA Y QUÍMICA
  22. 22. El trabajo científico Cifras significativasEjercicios interactivos Se denominan cifras significativas a todos aquellos dígitos de un númeroCálculo de los errores absoluto, relativo y de la que se conocen con seguridad (o deimprecisión absoluta de una serie de medidas. los que existe una cierta probabilidad).El simulador que has utilizado en la escena anterior Cuando el cero aparece a laha dejado de funcionar correctamente y se han izquierda de la coma decimal, no sequedado invisibles los datos de las dos últimas considera cifra significativa. Tampococolumnas. Tampoco aparecen ni el valor medio de la si aparece tras la coma, si delante nomedida ni la imprecisión absoluta. No te quedará más tiene algún número distinto de cero.remedio que calcularlos utilizando la calculadora.Una vez realizados los cálculos, compara el error En la medida expresada como 4,563relativo que has hallado tú con el que se ha cometido m, si conocemos con seguridaden la simulación. hasta la 4ª cifra. Nos da idea de que el instrumento con que se ha medidoPara conocer el error relativo cometido en la esta longitud puede apreciar hasta los milímetros. Esta medida tienesimulación basta con que selecciones el paso 5 de la cuatro cifras significativas.escena. Puedes practicar con la escenaCon la simulación inferior, como la que ya has siguiente, basta con que pulsesempleado anteriormente, calcula los errores absoluto, cuantas veces quieras el botón iniciorelativo en % y la imprecisión absoluta que se y aparecerá un nuevo ejercicio.comete.Puedes conocer la solución al ejercicio si loseleccionas en el menú de entrada. Actividad: Pulsa inicio para hacer un nuevo ejercicio.Actividad: Observa las cifras del número y la imprecisión con que se conoce.Pulsa inicio para lanzar una nueva serie de medidas. Piensa cuál debe ser la cifra másAl pulsar en el menú vas viendo los pasos que se significativa y la menos significativadeben acometer para obtener un valor representativo antes de pulsar RESPUESTA parade ellas y su error absoluto. comprobarlo. Para averiguar el número de cifras significativas, sólo tendrás que contar el número de cifras que hay entre la más significativa y la menos significativa, ambas incluidas. FÍSICA Y QUÍMICA  21
  23. 23. El trabajo científico Para practicar El trabajo de los científicosPara practicar Análisis de datos. VariablesImagina tres posiblesexperimentos que tratan deestablecer comparaciones: a) Comparar el periodo de oscilación de dos péndulos con distinta longitud y el mismo tipo de hilo. b) Comparar la dilatación de dos barras metálicas de distinto material e idéntica longitud. c) Comparar cómo elevan su temperatura dos masas iguales de diferentes sustancias al calentarlas. Utilizando el ratón, arrastra lasvariables que están en juego, hasta el rectángulo que indique correctamente de qué tipo es.22  FÍSICA Y QUÍMICA
  24. 24. El trabajo científicoPara practicar Análisis de datos. Tablas y GráficasTablas 1 2Practica analizando tablas de valores.Encuentra entre las tablas de valores las tresrelaciones que conoces: proporcionalidaddirecta, proporcionalidad inversa y 3 4proporcionalidad cuadrática directa.GráficasPractica interpretando gráficas.Interpreta gráficas. ¿Cuáles describen unaproporcionalidad directa?¿Y una proporcionalidad cuadrática directa? ¿Yuna proporcionalidad inversa?¿En qué se diferencian la gráfica verde y la azul?Averigua el valor de la constante deproporcionalidad de las rectas. FÍSICA Y QUÍMICA  23
  25. 25. El trabajo científico Para practicar La medidaSelecciona las respuestas correctas. Sólo hay una respuesta correcta por pregunta. 1. Señala cuál de estas afirmaciones, referidas al Sistema Internacional de Unidades es VERDADERA: 1. El metro cuadrado es la unidad de superficie del S.I. 2. El gramo es la unidad de masa del S.I. 3. La unidad de temperatura del S.I. es el ºC. 4. El litro es la unidad de volumen del S.I. 2. Una de las siguientes afirmaciones relativas al Sistema Internacional de Unidades es FALSA: 1. El Sistema Internacional es un acuerdo entre estados y no está vigente en todo el mundo. 2. En el Sistema Internacional se establece que hay unas magnitudes fundamentales y otras derivadas. 3. La unidad de masa del Sistema Internacional de Unidades es un objeto de forma cilíndrica que está en un museo. 4. La unidad de longitud del Sistema Internacional de Unidades es una barra de platino iridiado que está en un museo. 3. ¿Cuál de las siguientes respuestas, relativas a los prefijos de múltiplos y submúltiplos de unidades tiene una mezcla de ellos? 1. nano, deca, micro. 2. kilo, deca, giga. 3. mega, giga, hecto. 4. deci, micro, mili. 4. Una de las siguientes secuencias NO es correcta: 1. km, dam, nm, cm. 2. ns, ds, hs, ks. 3. hg, kg, Mg, Gg. 4. dg, cg, mg, ng. 5. Señala cuál de las siguientes afirmaciones relativas a los instrumentos de medida es CORRECTA. 1. Los instrumentos digitales suelen disponer de una aguja que marca la medida.24  FÍSICA Y QUÍMICA
  26. 26. El trabajo científico 2. Un instrumento de medida es tanto más preciso cuantas más cifras puede medir. 3. Cuanto más preciso es un instrumento de medida, más exacto es. 4. El rango de un instrumento de medida está relacionado con su sensibilidad. Para practicar Errores en la medida1. Practica calculando la incertidumbre absolutaProcedimiento: FÍSICA Y QUÍMICA  25
  27. 27. El trabajo científico2. Practica calculando el error relativoProcedimiento:3. Practica calculando cifras significativas26  FÍSICA Y QUÍMICA
  28. 28. El trabajo científico Comprueba lo que sabes. Autoevaluación.1. La Ley de la Gravitación Universal, fue enunciada por: a) Galileo b) Newton c) Lavoisier d) Curie2. Las leyes científicas pueden expresarse mediante una ley que relaciona varias variables: a) Verdadero b) Falso3. Indica cuál de las siguientes afirmaciones relativas a las teorías científicas NO esverdadera. a) Pueden modificarse b) Son predictivas c) Son suposiciones4. Cuando la representación gráfica de una variable frente a otra es una recta, indica queentre ellas existe una: a) Proporcionalidad directa b) Proporcionalidad inversa c) Proporcionalidad mixta5. La unidad de masa en el Sistema Internacional de Unidades es: a) g b) kg c) gr d) kgr6. El factor 106 se llama: a) Mega b) Tera c) Nano e) Giga7. Cuanta mayor precisión tiene un aparato de medida: a) Mayor rango tiene b) Más cifras significativas puede medir c) Mejor realiza las medidas d) Menos errores comete8. El error absoluto de una medida es: a) La media de sus diferencias con el valor real b) Su diferencia con el valor real FÍSICA Y QUÍMICA  27
  29. 29. El trabajo científico9. El cálculo del error relativo de una serie de medidas aporta más información que elcálculo del error absoluto: a) Verdadero b) Falso10. El número de cifras significativas que tiene la medida 1,025 m es: a) 4 b) 5 c) 3 d) 128  FÍSICA Y QUÍMICA
  30. 30. El trabajo científicoRecuerda lo más importante FÍSICA Y QUÍMICA  29
  31. 31. El trabajo científico Para saber másEl reconocimiento social de los científicos. imagen (sensor CCD), que tan importanteA pesar de la relevancia del trabajo científico ha sido en el desarrollo de la fotografíaen el desarrollo de la sociedad, su digital.importancia no siempre es reconocida.Los científicos emplean mucho tiempo en Química 2008, por el descubrimiento yinvestigar, su trabajo requiere una gran desarrollo de la proteína verde fluorescentededicación y, sin embargo, no está (GFP).recompensado socialmente. Química 2009, por sus estudios en laLa famosa frase de Miguel de Unamuno, ¡que estructura y función de los ribosomas.inventen ellos! se emplea como ejemplo de loque ha sido la actividad científica en España:dejar que sean otros países los que inviertanen investigación, para luego "aprovecharnos" Los premios Ig Nobelnosotros. Cuando la realidad es que los Los científicos no sólo investigan sobrepaíses que más investigan son los que más temas relevantes. En algunas ocasiones, ydesarrollo y más puestos de trabajo crean. en su deseo satisfacer su curiosidad, llegan a investigar temas, inicialmente, "pocoLos premios Nobel relevantes". Desde 1991, una revista deEn contadas ocasiones, los científicos sí humor científica, parodiando a los premiosobtienen el reconocimiento debido a su Nobel, concede los llamados Ig Nobel queesfuerzo. Pueden registrar patentes que vienen a ser unos premios "innobles".compran compañías y también pueden recibirel reconocimiento de colegas o instituciones Los premios Ig Nobel de Física y de Químicacon premios. Uno de los mayores halagos de los años 2008 y 2009 fueron losque puede recibir un científico es la obtención siguientes:del Premio Nobel.Los Premios Nobel se conceden cada año,desde 1901, a personas que hayan realizado Física 2008, a los científicos que probaroninvestigaciones sobresalientes. Se que un montón de cuerdas, pelos oinstituyeron como última voluntad de Alfred cualquier otra cosa acaba enredándoseNobel, inventor de la dinamita. El premio formando nudos.supera el millón de euros. Física 2009, por determinar analíticamente por qué las mujeres embarazadas no seLos premios Nobel de Física y de Química de caen hacia delante.los años 2008 y 2009 fueron los siguientes: Química 2008, a los científicos queFísica 2008, a los descubridores de ciertos descubrieron que la Coca-Cola es unmecanismos que explican la composición espermicida y a otro grupo de científicos deúltima de la materia. otra universidad que descubrieron justo loFísica 2009, a los investigadores de la contrario.trasmisión de la luz en cables de fibra óptica Química 2009, por crear diamantes a partiry también a los que inventaron un circuito de la bebida tequila.semiconductor de30  FÍSICA Y QUÍMICA
  32. 32. El trabajo científico Soluciones de los ejercicios “Para practicar”El trabajo de los científicos 1: F; 2: F; 3: V; 4: F; 5: V; 6: F; 7: V; 8: F; 9: V; 10: V.Análisis de datos. Variables Independiente: C, F, G Dependiente: A, D, I De control: B, E, HAnálisis de datos. Tablas y GráficasTablas Tabla 1: proporcionalidad directa Tabla 2: proporcionalidad cuadrática directa Tabla 3: proporcionalidad inversa Tabla 4: proporcionalidad cuadrática directaGráficas Las rectas verde y azul representan proporcionalidades directas. La curva roja, una parábola, representa una proporcionalidad cuadrática directa La gráfica verde está más inclinada que la azul. Se dice que tiene más pendiente. La constante de proporcionalidad de la verdes es 6 m/s y la de la gráfica azul 2,3 m/s.La medida 1: 1 . 2: 4 . 3: 1 . 4: 1 . 5: 2 .Errores en la medida Incertidumbre absoluta: 0,21 Error relativo: 6,68% Cifras significativas: La primera cifra significativa es el 4 y la última es el 9 FÍSICA Y QUÍMICA  31
  33. 33. El trabajo científico Soluciones AUTOEVALUACIÓN 1. b. 2. a. 3. c. 4. a. 5. b. 6. a. 7. b. 8. b. 9. a. 10. a. No olvides enviar las actividades al tutor ►32  FÍSICA Y QUÍMICA
  34. 34. 2 Los gases y la Teoría CinéticaObjetivos Antes de empezarEn esta quincena aprenderás a: 1. Los estados de la materia Propiedades Distinguir los distintos estados de la Aspectos cualitativos materia. Sus Propiedades. 2. Los gases Modelo de gas Concretar el modelo de gas que Presión. Unidades vamos a utilizar. Utilizar la idea de presión ejercida 3. Las leyes de los gases por un gas y sus unidades. Factores que regulan la presión Establecer la escala absoluta de Ley de Boyle temperaturas. Escala absoluta de temperaturas Ley de Gay-Lussac Llegar razonadamente a las leyes de Ley de Charles los gases mediante varias experiencias y utilizando el Método 4. Síntesis de estas leyes Científico. Ley de estado de los gases ideales Establecer la ecuación de estado del GAS IDEAL. Ejercicios para practicar Para saber más Resumen Autoevaluación Actividades para enviar al tutor FÍSICA Y QUÍMICA  33
  35. 35. 34 FÍSICA Y QUÍMICA
  36. 36. Los gases y la Teoría Cinética Antes de empezarRecuerda InvestigaNombres de gases que se encuentran en Cómo podemos llegar a establecer lasla Naturaleza y observa las distintas leyes que rigen su comportamiento para,propiedades de los mismos con respecto conocidas éstas, poder hacera los líquidos o los sólidos. predicciones. Para ello tendrás que utilizar la metodología científica experimental, que fue lo que hicieron Boyle, Gay-Lussac, Charles... FÍSICA Y QUÍMICA  35
  37. 37. Los gases y la Teoría Cinética1. Los estados de la materiaPropiedadesLa materia que nos rodea aparece ante nosotros conmuy diversos aspectos.Presenta distintas formas, colores, dureza, fluidez...,pero en general consideraremos que lo hace en lossiguientes estados: SÓLIDO, LÍQUIDO y GASEn esta quincena lo que nos interesa es quediferencies bien el estado gaseoso de los otros dos.Como ves en la escena adjunta, los gases, al igual En el tema siguienteque los líquidos, se adaptan a su recipiente, pero, los estudiaremos detenidamentegases pueden además comprimirse y descomprimirse, LOS ESTADOS DE LA MATERIAlo que no puede hacerse con los líquidos.Aspectos cualitativosAntecedentes históricos: Los filósofos griegos,Demócrito y Epicuro, consideraban que la materia esdivisible en la experiencia diaria, pero, en un ciertotérmino, consta de partículas indivisibles quepodemos provisionalmente llamar átomos (de lapalabra griega átomo, indivisible).El físico inglés J. Dalton (1766-1844) establece laTeoría atómica de la materia en la que seconsidera que todo tipo de materia, sea sólido, líquidoo gas, está constituida por partículas, que en principiose llamaron átomos.En un SÓLIDO, estas "partículas" ocupan posicionesdeterminadas en una red, alrededor de las cualesvibran cada vez más intensamente a medida queaumentamos la temperatura. Las fuerzas atractivasentre las partículas del sólido son muy intensas.En un LÍQUIDO, estas "partículas" se muevendeslizándose unas cerca de otras y manteniéndoseunidas por débiles fuerzas atractivas entre ellas.En el caso de un GAS, estas "partículas" se mueven agrandes velocidades y las fuerzas atractivas entreellas podemos considerarlas como inexistentes. Semueven al azar ocupando todo el volumen delrecipiente.36 FÍSICA Y QUÍMICA
  38. 38. Los gases y la Teoría Cinética2.-Los GasesModelo de gas idealComo vamos a estudiar el comportamiento de losgases, vamos a establecer un MODELO para cualquiergas, que, como hemos visto en las anterioresanimaciones, estará constituido por partículasmoviéndose al azar y chocando contra las paredes delrecipiente. Las características de nuestro MODELOideal de gas serán: -Las partículas del gas son pequeñísimas comparadas con el volumen del recipiente. -Se mueven al azar con distintas velocidades de manera que, si aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de las partículas del gas. Llamaremos PRESIÓN a la fuerza por unidad de superficie, que - No existen fuerzas de atracción entre ellas. ejercen las partículas del gas al chocar contra las paredes del - En su movimiento, chocan entre ellas y con las recipiente al chocar contra ellas. paredes del recipiente cumpliéndose las leyes de los choques elásticos. - Cuando chocan aparecen las fuerzas o interacciones entre ellas o con las paredes del recipiente. - Los choques con las paredes del recipiente producen el efecto que llamamos presión sobre las mismas.Presión. Unidades.Se define la magnitud física llamada PRESIÓN comouna fuerza por unidad de superficie, es decir: F P SSu unidad en el Sistema Internacional (SI), es el El Pa es una unidad de presiónPASCAL y equivale a: muy pequeña, por lo que se suelen usar otras unidades de Pa = 1N/1m2 presión. Entre ellas tenemos: La atmósfera cuyo símbolo será atm y que equivale a una FÍSICA Y QUÍMICA  37
  39. 39. Los gases y la Teoría Cinéticacantidad de Pascales de : 1 atm = 101.325 Pa o loque es lo mismo 1013 hPa. El hPa se llamaba antesmilibar.Por último también se utiliza el Torr que equivale a 1mm de mercurio, con lo que:1 atm = 101325 Pa = 1013 hPa = 760 Torr3. Las leyes de los gases.Factores que regulan la presiónSegún el MODELO de gas que hemos propuesto, laPRESIÓN (fuerza que por unidad de superficie depared de recipiente ejercen las partículas del gas alchocar contra ellas) puede depender de una serie defactores que pueden ser: El tipo de partículas del gas, el volumen del recipiente, de la temperatura, el nº de partículas del gas, de la presión exterior del recipiente, de la forma del mismo ... Si queremos comprobarloPiensa de qué factores crees que puede depender la experimentalmente, como lapresión que ejerce un gas. presión depende de tres variables, tendremos queLa PRESIÓN que ejerce un gas sobre las paredes del planear experiencias en lasrecipiente, depende de tres factores: que, manteniendo constantes dos de ellas, variemos sóloDel nº de partículas de gas (cantidad de gas una de ellas.considerada). A más partículas más presión. Del Eso es lo que hicieron Boyle,volumen del recipiente. A mayor volumen, menor Gay-Lussac y Charles.presión. De la temperatura del gas. A mayortemperatura, mayor velocidad de las partículas del Las experiencias que debemosgas y por tanto mayor presión. planificar son las siguientes:Es decir: P = f ( V , t , nº de partículas)38 FÍSICA Y QUÍMICA
  40. 40. Los gases y la Teoría Cinética1ª Experiencia. Manteniendo constante la cantidad P(atm)de gas (nº de partículas) y la temperatura del gas,variaremos del volumen del gas y para cada volumenmediremos la presión : nº part=cte, t = cte, P ¿P=f(V)?=f(V). Con ella llegaremos a la ley de BOYLE.2ª Experiencia. Manteniendo constante la cantidad V(L)de gas (nº de partículas) y el Volumen del recipiente, P(atm)variaremos la temperatura en ºC del gas y, para cadatemperatura mediremos la presión: nº part=cte, ¿P=f(t)?V=cte, P=f(t). Con ella llegaremos a la ley de GAY-LUSSAC3ª Experiencia. Manteniendo constantes el volumen t(ºC)del recipiente y la temperatura del gas, variaremos elnº de partículas del gas, y para cada valor mediremos P(atm)la presión: V=cte, t=cte, P=f(nº de partículas),con ella podremos completar la ecuación de estado ¿P=f(nº part)?del gas IDEAL. nº partLey de BoyleEn primer lugar, vamos a comprobar la dependenciade la PRESIÓN del gas con el VOLUMEN del recipienteque ocupa, manteniendo constante latemperatura, es decir P=f(V) a t=constante, que ennuestra experiencia concreta será a 20ºC. Para elloiremos variando el volumen del recipiente (conémbolo) y, midiendo la presión del gas con unmanómetro. Para que se mantenga la temperaturaconstante, tendremos que ceder energía al gas enforma de calor, al expansionar el gas y, absorberenergía del gas en forma de calor al comprimirlo. La experiencia realizada a temperatura constante parece indicarnos que la relación entre la Presión y el Volumen es inversamente proporcional.Que la relación sea inversamente proporcional,significa que al hacer el volumen el doble, la presión sehace la mitad, que al hacer el volumen el triple, lapresión se hace la tercera parte...Esto en matemáticas seexpresa con la función y = k/x (o lo que es lo mismoy.x=K) que, en nuestro caso será P=k/V (o lo que es lomismo P.V=k). Nos conviene pues, calcular los valoresde P.V y ver si se obtiene siempre el mismo valor. Siesto ocurre, la relación será inversamenteproporcional. FÍSICA Y QUÍMICA  39
  41. 41. Los gases y la Teoría CinéticaLos valores obtenidos en la anterior experiencia seobservan en ésta tabla:Como hemos visto en la anterior experienciasimulada, manteniendo constantes el nº de partículasdel gas y la temperatura, la presión P dependeinversamente de V, es decir: Si el volumen se hace eldoble, la presión se hace la mitad, si se hace el triple,la presión se hace la tercera parte... Esto se expresa,como Ley de Boyle. En general será: "A temperatura constante, para una determinada cantidad de gas, el producto presión por volumen permanece constante".La ley de Boyle, también podemos expresarla así: ROBERT BOYLE (1627-1691), físico y químico irlandés conocidoEn nuestra experiencia concreta, la constante resulta por su importante contribución alser 4,0 , por lo que la ley de Boyle en este caso estudio de las LEYES de losconcreto será : P.V = 4,0 . A otra temperatura la GASES y considerado uno de losconstante tendrá otro valor. padres de la Química moderna.Con las leyes podemos hacer predicciones.Observar la gráfica correspondiente a esta ley para elcaso P.V = 5.440 FÍSICA Y QUÍMICA
  42. 42. Los gases y la Teoría CinéticaEscala absoluta de temperaturasCon nuestra 2ª experiencia, vamos a llegar a la leyde Gay-Lussac y a la escala absoluta detemperaturas. Esta experiencia consta de 3 pasos:calentar el gas, enfriarlo y obtener el cero absoluto detemperaturas. Recordemos que se trata de ver cómovaría la presión del gas al ir variando latemperatura, manteniendo constante el volumendel recipiente. Para ello, introduciremos la mismacantidad de gas en un recipiente cerrado (sin émbolo)e iremos calentándolo con un mechero de gas o conuna resistencia eléctrica y, midiendo la presión delgas para distintas temperaturas.Al aumentar la temperatura en ºC, la presión del gasirá aumentando hasta que sea tan grande que lasparedes del recipiente no soporten la presión del gasy estalle. Pero, ¿qué ocurrirá si disminuimos latemperatura del gas progresivamente...? En esta experiencia la presión del gas parece depender linealmente de la temperatura en ºC.En esta 2ª Experiencia, al disminuir la temperaturadel gas refrigerándolo, vemos que disminuyeprogresivamente la presión del mismo, ya que, amenor temperatura las partículas del gas se muevencada vez más lentamente. Si continuamosdisminuyendo la temperatura, la presión también irádisminuyendo, pero el problema reside en que muybajas temperaturas como -100 o -200ºC sondifíciles de conseguir. En nuestra experiencia, latemperatura más baja será -200ºC.Pero, ¿a qué temperatura la presión del gas en elrecipiente se hará cero?. A esa temperatura laspartículas del gas estarán en reposo. Si establecemos el origen de coordenadas en esa temperaturaEn esta 2ª Experiencia, temperaturas bajísimas de - de -273ºC y la llamamos 0250ºC o menores no se pueden conseguir. Pero grados absolutos o 0 Kelvin,como nuestra relación entre la temperatura en ºC y la nuestra nueva escala depresión es una relación lineal, podemos prolongar la temperaturas la llamaremosrecta de la gráfica hasta que corte al eje de las x, que escala absoluta de temperaturas,en este caso es el eje en el que hemos puesto la y los valores los obtendremostemperatura en ºC. Este punto resulta ser -273ºC, sumando a la temperatura en ºCque será la temperatura a la cual las partículas del el valor de 273.gas estarán en reposo. Esta temperatura, llamadacero grados absolutos de temperatura, no se T (K) = t (ºC) + 273puede alcanzar en ningún caso (por un principio de laTermodinámica), podremos aproximarnos a ella peroNO alcanzarla. FÍSICA Y QUÍMICA  41
  43. 43. Los gases y la Teoría Cinética En esta gráfica en el eje de las x, en donde ponemos los valores de temperatura, hemos utilizado la escala absoluta de la misma, es decir, una escala en grados Kelvin. Naturalmente el origen es 0 K, temperatura para la cual la velocidad de las partículas del gas será cero y equivale a – 273ºC.Ley de Gay-LussacCon la 2ª Experiencia, hemos llegado a la ley Gay-Lussac de pues se trata de establecer la relación linealque liga la presión del gas P, con la temperatura engrados centígrados, o mejor en grados absolutos (ogrados K) T, que como vemos en la animación, setrata de una recta que pasa por el origen, por tanto,será del tipo y=kx, en nuestro caso P = K2 T.A volumen constante, la presión de un gas en unrecipiente, depende directamente de latemperatura absoluta"En nuestra 2ª Experiencia, manteniendo el Como vemos es una relaciónvolumen constante y el nº de partículas, y lineal (recta que pasa por elvariando la temperatura para medir los valores de origen en la gráfica P = f (T)),presión para cada una de ellas, los valores obtenidos por tanto del tipo P = k2 T .han sido: Para este nº de partículas y el volumen constante V=2 litros, la constante K2 (pendiente de la recta) toma un determinado valor. Para otro volumen K2 tomará otro valor, pero siempre la recta pasará por el origen, es decir 0K = -273ºC.Cuya gráfica, representando P(atm) frente a latemperatura en grados Kelvin será:42 FÍSICA Y QUÍMICA
  44. 44. Los gases y la Teoría CinéticaGAY-LUSSAC (1778-1850), físico y químico francés CHARLES (1746-1823), físicoconocido por su importante contribución a las LEYES fracés, fue profesor de lade los GASES. Sorbona y llegó a la expresión de su propia ley de los gasesLey de CharlesCon las dos experiencias anteriores, con las quellegamos a la ley de Boyle y a la de Gay-Lussac, ya Los valores obtenidos están en lapodemos expresar la LEY de los GASES. Pero, vamos siguiente tabla. Como vemos esa planear otra experiencia, que nos servirá de una relación lineal.comprobación, y en la que llegaremos a otra ley: laley de Charles . Para ello, manteniendo la presióndel gas constante, iremos aumentando la temperaturadel mismo y, viendo como aumenta de volumen. Setrata pues de a P=cte, ver cómo V depende de T(temperatura absoluta del gas). Para conseguirque la presión sea constante, sólo debemos meter elgas en un recipiente con émbolo y dejar éste libre. Lapresión en el interior será siempre igual a la presiónen el exterior (presión atmosférica). A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta. FÍSICA Y QUÍMICA  43
  45. 45. Los gases y la Teoría Cinética4.Síntesis de estas leyes Ley de estado de los gases idealesRecordemos que, planteamos que la presión de un En la siguiente gráficagas en un recipiente iba a depender de: el volumen representamos P en atm frente adel mismo, de la temperatura y del nº de partículas V en L, para cada valor dedel gas. Las experiencias planteadas nos permitieron temperatura absoluta T. Comollegar a las siguientes leyes: vemos, para cada valor de T, las gráficas son hipérbolas,1ª Experiencia: A t=constante y nº de partículas del respondiendo a la Ley de Boyle.gas=constante, Ley de Boyle.2ª Experiencia: A V= constante y nº de partículasdel gas constante, Ley de Gay LussacEs decir, la presión de un gas es directamenteproporcional a la temperatura absoluta del gas einversamente proporcional al volumen delrecipiente. Todo esto para un nº de partículas delgas constante, es decir para una determinadacantidad de gas. Esto último podemos expresarlo así: PV o lo que es lo mismo  k  cte To también es lo mismoPara un nº de partículas de cualquier gas, elproducto PRESIÓN por VOLUMEN partido por laTEMPERATURA absoluta del gas es unaCONSTANTE.Esta LEY DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES, nospermitirá, conocidas unas condiciones de presión devolumen y de temperatura, pasar a otrasdeterminadas (es decir de la condición 1 a la 2 o a la3...)44 FÍSICA Y QUÍMICA
  46. 46. Los gases y la Teoría Cinética Para practicarUtiliza tu cuaderno y trata de resolver los siguientesejercicios:1.-En una tabla similar a la siguiente, introduce laspropiedades características de un SÓLIDO, unLÍQUDO o un GAS, como : MASA, PESO (en el campogravitatorio terrestre), VOLUMEN, DENSIDAD,FORMA, COMPRESIBILIDAD (se comprimen confacilidad)...2- Calcula la PRESIÓN que ejerce sobre el suelo dehielo, una persona de 70 Kg, si la superficie de las DEFINICIÓN de PRESIÓNsuelas de sus zapatos es de 260 cm 2. ¿Y si se colocaunos esquíes de superficie 3000 cm2? (Tómese g=10N/Kg).3.- Un gas ejerce sobre las paredes de un recipienteuna presión de 0,75 atm. Pasa esa presión a la unidad EQUIVALENCIASdel sistema SI.4.- En un punto de la superficie terrestre la Presiónatmosférica resulta ser de 750 mb. ¿cuál es la presiónen atm y en Pa?.5.- La presión de un gas en un recipiente, resulta serde 76.420 Pa ¿cuál es la presión en atmósferas?6.- Una determinada cantidad de gas que ocupa un LEY de BOYLErecipiente de 2,5 L y ejerce una presión sobre lasparedes del mismo de 3,2 atm ¿qué presión ejercerási el volumen lo reducimos a 1,2 L manteniendoconstante la temperatura? ¿y si lo aumentamos a 4,6L?7.- Experimentando a temperatura constante con unadeterminada cantidad de gas e ir variando el volumendel recipiente (dotado de émbolo) y midiendo losvalores de presión para cada volumen, los valoresvienen representados en esta tabla:¿Cumple con la ley de Boyle?. Haz la gráfica P(atm)en el eje de las "y" frente a V(L) en el eje de las "x"¿qué gráfica se obtiene?.¿Cuál será la presión para un volumen de 2,5 L? FÍSICA Y QUÍMICA  45
  47. 47. Los gases y la Teoría Cinética Para practicar8.-¿ Podemos considerar que, en una determinadazona del espacio, la temperatura es de -300ºC? ¿y de-268ºC?. Explícalo. Escala absoluta de9.-Experimentando con distintos gases y distintas temperaturascantidades de los mismos, a volumen constante,como lo hemos hecho hasta llegar a la ley de Gay-Lussac, al representar los valores de P(atm) frente a t T(K) = t(ºC) + 273(ºC), las rectas obtenidas ¿crees que cortarán todasen el mismo punto del eje de las x (en nuestro casoeje en el que ponemos la temperatura en ºC)?. ¿Quépunto crees que será ése?.10.- Una determinada cantidad de aire que ocupa unrecipiente cerrado de 4 litros de capacidad (asimilable LEY de GAY-LUSSACa una olla a presión), a la temperatura de 100ºC, lapresión resulta ser de 1,7 atmósferas. Si bajamos latemperatura a 0ºC ¿cuál será la nueva presión? ¿y sila subimos a 250ºC?11.- Experimentando a volumen constante con unadeterminada cantidad de gas hidrógeno e ir variandola temperatura del mismo y midiendo los valores depresión para cada temperatura en ºC, los valores hansido representados en esta tabla:¿Cumple con la ley de Gay-Lussac?. Haz la gráficaP(atm) en el eje de las "y" frente a T(K) en el eje delas "x" ¿qué gráfica se obtiene?. Uno de los valorestomados experimentalmente de presión no ha sidocorrecto ¿cuál crees que es? Razónalo.¿Cuál será la presión para una temperatura de250ºC?12.- Una determinada cantidad de aire está contenidaen un recipiente dotado de émbolo, de manera que LEY de CHARLESsiempre la presión será la misma que la del exterior(la atmosférica del momento). Si el volumen resultaser de 4 litros y la temperatura 20ºC, y calentamos elaire hasta 200ºC ¿cuál será el Volumen de aire (delrecipiente)? . ¿Y si lo enfriamos hasta 0ºC?13.- Experimentando a presión constante (P=1atm)con una determinada cantidad de gas hidrógeno e irvariando la temperatura del mismo y midiendo losvalores de volumen para cada temperatura en ºC, losvalores han sido:(en esta tabla)Comprueba si se cumple la ley de Charlesrepresentando en tu cuaderno la gráfica V(L) frente ala temperatura en grados absolutos. ¿Se cumple?Razónalo. ¿Cuál será el volumen a 350ºC?46 FÍSICA Y QUÍMICA
  48. 48. Los gases y la Teoría Cinética Para practicar14.- En un recipiente de volumen 2 L tenemos LEY de los GASES IDEALEShidrógeno a una temperatura de 20ºC y 1 atm depresión. Si lo pasamos a otro recipiente de volumen 3L y aumentamos su temperatura hasta 100ºC ¿cuál para una determinadaserá su presión? cantidad de gas:15.- Disponemos de un volumen de 20 L de gas helio,a 2 atm de presión y a una temperatura de 100ºC. Silo pasamos a otro recipiente en el que la presiónresulta ser de 1,5 atm y bajamos la temperaturahasta 0ºC ¿cuál es el volumen del recipiente?.16.- En un recipiente de 5 L de volumen, tenemosaire a 1 atm de presión y 0ºC de temperatura. Sidisminuimos el volumen del recipiente a 2 L y lapresión resulta ser de 3 atm ¿cuál es la temperaturadel aire en ºC?. Para saber másLey de estado de los GASES IDEALES.Hasta ahora, hemos llegado a la ley de los GASESIDEALES para una determinada cantidad de gas, esdecir, para un determinado nº de partículas. Esta leyha resultado ser:Nuestra constante k, tomará un valor distinto paracada nº de partículas del gas que consideremos.Si establecemos unas condiciones de PRESIÓN y deTEMPERATURA que llamaremos CONDICIONESNORMALES, como P = 1 atm y t = 0ºC ó T=273K, al considerar un volumen de gas de V= 22,4 Lllamaremos a esta cantidad de gas 1 mol delmismo. Si considerásemos 44,8 L serían 2 moles delmismo, si considerásemos 67,2 L del mismo serían 3moles del mismo... FÍSICA Y QUÍMICA  47
  49. 49. Los gases y la Teoría CinéticaEl nº de moles de un gas, lo llamaremos n, así laconstante de la ecuación de los gases k, será igual ak = n.R, siendo R la constante de los gases ideales. Definición de mol: DPara determinarla, si 1 mol de gas en condicionesnormales ocupa un volumen de 22,4 litros, la Un mol es la cantidad de átomosconstante R valdrá substituyendo valores para las de 12C que se encuentran enCONDICIONES NORMALES ( P = 1 atm , V = 22,4 L, T 12,0000 gramos de dicho= 273 K y n=1mol) el valor de R será: elemento. Este nº de átomos resulta ser el Nº de AVOGADRO 1.22,4 (o constante de AVOGADRO) y,  1.R 273 es un nº enorme:de donde R = 0.082 atm.L/K.mol. NA = 600000000000000000000000 átomos/molConocido el valor de R llamada CONSTANTE DE LOSGASES IDEALES, la ecuación de estos gases para Es la unidad de cantidad decualquier cantidad de gas será: sustancia química.Como vemos, esta será la Ecuación de estado del gasideal haciendo intervenir el nº de partículas. En la 3ªExperiencia que planeamos inicialmente, podemosahora ver, que si V=constante, y T=constante, lapresión de un gas depende linealmente del nº departículas del mismo, ya que P = K3.n, siendo K3 =RT/V. Para practicarUtiliza tu cuaderno y trata de resolver los siguientesejercicios:17.- ¿Qué volumen ocuparán 0,23 moles dehidrógeno a 1,2 atm de presión y 20ºC detemperatura? Recuerda que la constante de los gasesideales es R = 0,082 atm.L/K.mol.18.- Tenemos 50 litros de helio a 30ºC y 0.8 atm depresión. ¿Qué cantidad de moles de helio tenemos?19.- Si tenemos 22,4 litros de nitrógeno a 0ºC y 1atm de presión ¿cuantas moles tenemos del mismo?.Y si tenemos 11,2 litros en las mismas condiciones?20.- Un globo se llena de 2.3 moles de helio a 1 atmde presión y 10ºC de temperatura ¿cuál es elvolumen del globo?48 FÍSICA Y QUÍMICA
  50. 50. Los gases y la Teoría CinéticaRecuerda lo másimportante Las leyes de los gases ideales son: Ley de Boyle :A temperatura constante : P.V = k Ley de Gay-Lussac: A volumen constante : P = k .T Ley de Charles : A presión constante : V = k.TLey de los gases ideales: PV  k  cte T FÍSICA Y QUÍMICA  49

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