LA MATERIA: ESTRUCTURA Y PROPIEDADES

 Ciclo del agua

Curva de cambio de estado

 

Modelo de partículas

Estados de la materia : La estructura interna de la materia

El agua líquida puede cambiar y transformarse en hielo y en vapor. La madera arde y se convierte en ceniza. Los nutrientes se transforman en otras sustancias dentro del cuerpo de los seres vivos. ¿Qué tienen en común todas estas transformaciones? ¿Qué hace que a veces la misma sustancia sólo cambie de estado y que en ocasiones se convierta en otra? ¿Cómo ocurren esos procesos? Para encontrar respuestas a estos interrogantes, los seres humanos necesitaron averiguar cómo son por dentro los materiales que vemos y de qué están hechos. Por eso, durante muchos siglos los científicos se interesaron en investigar este problema. Sabían que al conocer las propiedades de los materiales podrían aprovecharlos mejor en muchos aspectos de la actividad humana y hasta modificarlos para contribuir al bienestar de las personas. En esta unidad vas a conocer lo que propone hoy la ciencia sobre la estructura de la materia. Vas a aprender algunas propiedades fundamentales de los materiales, por ejemplo, por qué se producen algunos cambios físicos, como los de estado. A simple vista, no podemos ver los materiales “por dentro” para conocer su composición. Por eso, los científicos utilizan un modelo para ejemplificarlo. En este tema, se presenta un modelo que intenta explicar el interior de la materia: el modelo de partículas. A través de él podrás entender la formación de mezclas, los cambios de estado y la dilatación de los metales.

El modelo de partículas

Ya los antiguos griegos se preguntaban acerca de hechos que observaban cotidianamente y trataban de encontrarles una explicación. Dos sabios de esa época, llamados Leucipo y Demócrito, entre los años 460 y 370 a.C., elaboraron ideas según las cuales “la materia está formada por pequeñísimas porciones o partículas invisibles indivisibles puestas una al lado de otra y separadas por huecos”. Estas ideas, que desarrollan los científicos cuando intentan representar cómo es o cómo funciona un fenómeno a partir de hipótesis, reciben el nombre de “modelos”.

Los científicos que siguieron investigando acordaron con la idea de Leucipo y Demócrito y agregaron algunos datos al enunciado de ese modelo:

-Las partículas se mueven continuamente con diferente velocidad.

-Son tan chiquitas que no se las puede ver ni siquiera con un potente microscopio

-En los huecos que hay entre partículas no hay nada, es decir que están vacíos, lo que significa que la materia es discontinua

-Entre las partículas aparecen fuerzas de interacción: fuerzas que hacen que se atraigan entre sí(fuerzas de atracción) y otras que hacen que se alejen unas de otras (fuerzas de repulsión).

Estas ideas acerca del interior de la materia se conocen con el nombre de modelo de partículas.

Su importancia reside en que nos ayudan a comprender muchas de las propiedades de la materia y a explicar algunos hechos que parecen “mágicos”, como recuperar agua evaporada que parece haber desaparecido o que algunas sustancias se mezclen y otras no puedan juntarse nunca.

Cambios de estado

Se conoce como cambio de estado al pasaje de una sustancia de un estado de agregación a otro, ya sea por variaciòn de temperatura o presiòn.

Cuando se aplica calor a una sustancia, esta energía calórica al ser absorbida se transforma en energía cinética, que permite que las partículas se separen y se muevan más, hasta alcanzar una cantidad de energía que corresponde al estado de agregación siguiente. Por ej. Si tenemos un trozo de hielo, y lo calentamos, este se funde convirtiéndose en agua, las partículas que están unidas y fijas, comienzan a separarse y a moverse, hasta transformarse en líquido.

Mientras dura el proceso de cambio de estado, la temperatura se mantiene constante, recién al terminar de cambiar de estado, comienza a elevarse nuevamente la temperatura.

Los cambios de estado se pueden clasificar en “endotérmicos”, se gana calor, por ej. el pasaje de sólido a líquido. O en procesos “exotérmicos”, donde se pierde calor, por ej: el pasaje de vapor a líquido.


Durante el proceso de cambio de estado, se produce un equilibrio, entre los dos estados de agregación, durante el cual la temperatura permanece constante, es decir no varia. Una vez que toda la sustancia pasó al estado de agregación siguiente, la temperatura comienza a variar nuevamente.

La temperatura a la cual se produce el equilibrio entre ambos estados, es decir la temperatura a la que un sólido pasa a estado líquido, se denomina Punto de fusión. Del mismo modo la temperatura a la cual un líquido pasa a estado gaseoso se denomina Punto de ebullición.

Si se representa en un gráfico la variación de la temperatura en función del tiempo transcurrido, tendremos la CURVA DE VARIACION DE TEMPERATURA de la sustancia estudiada, y a partir de ella se podrán determinar los puntos de fusión y de ebullición de esa sustancia.

En el gráfico ( ir a curva de cambio de estado para ver la gràfica) veremos una recta horizontal, que representa el equilibrio entre el sólido y el líquido, o entre el líquido y el gas. Al interpolar esa recta con el eje Y, obtendremos la temperatura correspondiente a los puntos de fusión y de ebullición de dicha sustancia.

De esta manera pueden representarse diferentes procesos, en los que existe un cambio en la temperatura (si la temperatura aumenta a medida que pasa el tiempo la curva serà de calentamiento, mientras que si la temperatura disminuye la curva serà de enfriamiento) y se puede determinar si ocurrió o no, un cambio de estado.

En resumen:

Proceso de fusión: es el pasaje de sólido a líquido. Se gana energía.

Punto de fusión: es la temperatura a la que un sólido funde, es decir pasa de sólido a líquido, a la presión atmosférica.

Proceso de ebullición: es el pasaje de líquido a gaseoso .Se gana energía

Punto de ebullición: es la temperatura a la que un líquido ebulle, es decir, pasa de líquido a gaseoso a la presión atmosférica.

DIFERENCIA ENTRE GAS Y VAPOR:


Hablamos de GAS cuando una sustancia se encuentra a la temperatura ambiente y a la presión atmosférica en estado gaseoso. Por ejemplo: Oxígeno, Hidrógeno, Nitrógeno, Helio.

En cambio hablamos de VAPOR cuando se trata de una sustancia que a la temperatura ambiente y a la presión atmosférica, se encuentra en estado líquido; y por acción del calor pasa a estado gaseoso.

Por ejemplo: vapor de agua, vapor de mercurio, vapor de azufre, vapor de alcohol.

Entonces debemos diferenciar entre LICUACIÓN y CONDENSACIÓN.
Hablamos de LICUACIÓN cuando nos referimos al paso de un gas al estado líquido, por la aplicación de presión y disminución de la temperatura.

Y hablamos de CONDENSACIÓN cuando nos referimos al pasaje de un vapor al estado líquido, por efecto de la disminución de la temperatura.

Ej: el agua se condensa, en cambio el oxígeno se licua.

INFLUENCIA DE LA PRESIÓN:

El punto de ebullición de los líquidos depende de la presión atmosférica. Cuando la presión atmosférica disminuye el punto de ebullición disminuye; y cuando la presión atmosférica aumenta, el punto de ebullición aumenta. Esto se debe a que la masa de aire ejerce presiòn sobre las partìculas del lìquido y no las deja escapar. Cuanto mayor sea la masa de aire, mayor serà la energìa que hay que entregarle al lìquido para que sus partìculas se puedan desprender del mismo y separarse (a mayor presiòn atmosfèrica mayor serà la masa de aire)

Por otro lado hay que recordar que cuanto mayor sea la altura con respecto al nivel del mar, menor serà la presiòn atmosfèrica (menor es la columna de aire)

Por ejemplo: El punto de ebullición del agua a 760 mm de Hg (1 Atm.) es 100º C.


El punto de ebullición del agua a 355 mm de Hg (menos de 1 Atm) es 80ºC.

El punto de ebullición de agua a 1490 mm de Hg (más de 1 Atm) es 120º C.