Comprimir un gas
En los sólidos no hay espacio entre partículas y por eso su volumen no cambia aunque los comprimamos. Si la comprensión es uy intensa, lo máximo que conseguiremos será deformarlos o romperlos, pero su volumen continuará siendo casi el mismo.
En los líquidos, como entre sus partículas hay algo más de separación, una fuerte comprensión puede llegar a cambiar su volumen, pero muy poco.
El comportamiento de los gases es completamente distinto: entre sus partículas hay mucha separación y su volumen se puede cambiar fácilmente.
Dilatar un líquido
Cuando se caliente una sustancia, aumenta su volumen, fenómeno denominado dilatación, y cuando se enfría, su volumen disminuye, fenómeno llamado contracción. Ambos fenómenos se deben al movimiento de las partículas depende de la temperatura.
Ley de Boyle
Robert Boyle fue un científico que en el Siglo XVII estudió la relación entre el volumen de un gas y la presión a la que se encontraba.
Puedes ver un recipiente que contiene un gas sometido a una presión por el efecto de unos pesos que hay encima de un embolo desplazable. Al principio hay cuatro pesas y el gas ocupa cierto volumen V. Al quitar dos pesos la presión disminuye a la mitad y se observa que el volumen aumenta el doble, hasta 2V. Al dejar solo un peso se observa que el volumen aumenta hasta 4V. En vista de observado, Boyle concluyó que para una cierta cantidad de gas a temperatura constante, el volumen que ocupa es inversamente proporcional a la presión a la que se encuentra.
Ley de Charles
El científico francés Jacques Charles descubríó que el volumen de un gas depende de la temperatura. Si se tiene cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas se incrementa en la misma proporción, el volumen del gas disminuye en igual proporción.
Ley de Gay-Lussac
El científico francés Joseph Louis Gay-Lussac descubríó que la presión de un gas depende directamente de la temperatura. Si se tiene cierta cantidad de gas a un volumen constante y se aumenta la temperatura, la presión del gas se incrementa en la misma proporción, y al disminuir la temperatura, la presión del has disminuye en la mima proporción.
La materias se presenta en la naturaleza en tres estados de agregación o estados físicos:
sólido, líquido y gas. Con nuestros sentidos podemos diferenciar los tres estados.
Los sólidos tienen forma permanente y volumen constante.
Los líquidos no tienen forma propia, pero, sí volumen constante. Fluyen y adoptan la forma del recipiente que los contiene.
Los gases no tienen forma definida ni tampoco volumen propio. Un gas en un recipiente cerrado ocupa todo el espacio disponible.
Teoría cinético-molecular
Para poder explicar los estados de la materia y sus cambios, los científicos han desarrollado una teoría general de la materia llamada teoría cinético-molecular, cuyos principales postulados son:
La materia está formada por partículas tan pequeñas que no se pueden ver, ni si quiera con los microscopios más potentes.
Las partículas están en un movimiento permanente que depende de la temperatura a la que se encuentra: a mayor temperatura, mayor movimiento.
Las partículas presentas fuerzas de atracción entre ellas que limitan su movimiento, pero cuyas intensidades son muy variables. Esta diferencia de intensidad explica la existencia de los estados de agregación.
Sólido
Las partículas de los sólidos están unidas fuertemente, sujetas en estructuras rígidas donde están en contacto. El único movimiento que pueden hacer es una ligera vibración
Líquido
Las partículas de los líquidos no están tan fuertemente unidas como en los sólidos, por lo que tienen más, movilidad. Resbalan libremente entre ellas sin llegar a formar estructuras estables.
Gaseoso
Las partículas de los gases tienen gran movilidad, son independientes entre sí. Se mueven libremente en todas direcciones, golpeando las paredes del recipiente que contiene el gas.
Efecto de la temperatura
Cuanta más alta sea la temperatura ala que se encuentra una sustancia, más se moverán sus partículas. Y al revés, cuanto más baja sea la temperatura, menos se moverán.
Efecto de la presión
La presión de un gas es la fuerza que ejercen sus partículas dividida entre la superficie del recipiente. Si un gas se comprime, se producen más choques contra las paredes y aumenta la presión. Gracias a este efecto puede suceder que un gas comprimido pase a líquido sin variar su temperatura. En el efecto contrario, se puede observar en los líquidos cuando la presión del aire disminuye, por ejemplo, con la altura
Vaporización
Es el paso de líquido a gas de una sustancia. Se puede alcanzar por evaporización y ebullición.
Evaporización: vaporización que sucede a cualquier temperatura. Ejemplo: si se deja un vaso lleno de agua, después de un tiempo el volumen de agua disminuye. Esto se debe a que el calentamiento superficial hace que en unas pocas partículas alcancen la velocidad necesaria para separarse del líquido. Por eso, la evaporización es lenta y no sucede a una temperatura fija.
Ebullición: vaporización en todo el volumen del líquido. Ejemplo: al calentar un líquido, sus partículas vibran cada vez más rápido. Llega un momento en el que de la agitación de las partículas es tan intenta que vencen las fuerzas atractivas que las manténían unidas y pueden escapar el líquido en forma de gas. Se observan burbujas de gas por todo el líquido que suben hasta la superficie explotado a borbotones. La temperatura a la que se produce este cambio de estado se denomina temperatura o punto de ebullición.
Condensación
La condensación es el paso de estado de gas a estado líquido, se produce cuando una sustancia en estado de gas se enfría lo suficiente: las partículas se moverán cada vez más lentamente y estarán más tiempo juntas. Las fuerzas de atracción aumentarán y finalmente retendrán las partículas para que se forme el líquido.
Fusión
La fusión es el paso de sólido a líquido. Al calentar una sustancia sólida, las partículas vibran cada vez más y su temperatura aumenta. Al continuar el calentamiento, llega un momento en el que la agitación de las partículas es tan intensa que la estructura del sólido se desmorona y la sustancia pasa de sólido a líquido. La temperatura a la cual sucede este cambio de estado es la llamada temperatura o punto de fusión. La temperatura permanecerá constante hasta que se halla fundido completamente todo el sólido que había.
Solidificación
La solidificación es el paso de líquido a sólido y se produce cuando una sustancia en estado líquido se enfría lo suficiente. La temperatura a la cual sucede es la llamada temperatura o punto de solidificación cuyo valor es el mismo que el punto de fusión ya que ambos procesos son inversos el uno al otro. (El término congelación se suele emplear como sinónimo de solidificación)
Sublimación
La mayoría de los sólidos pasan de sólido a gas pasando por el estado intermedio de líquido, pero algunas sustancias que tienen fuerzas de atracción muy débiles pueden pasar directamente de sólido a gas o de gas a sólido, fenómeno llamado sublimación.
Ejemplo: el llamado hielo seco es dióxido de carbono sólido. Es un sólido que sublima a gas directamente porque la fuerza entre sus partículas es muy débil.
Propiedades de la materia
Encontramos muchos tipos de materia a nuestro alrededor: agua, vidrio, hierro…, y normalmente no tenemos dificultades para distinguir unos de otros. Los diferentes tipos de materia, que de manera general también llamamos sustancias, nos resultan fácilmente identificables porque cada uno muestra una serie de propiedades que lo diferencias del resto.
Las propiedades de la materia se clasifican en:
Propiedades extensivas: son aquellas comunes a cualquier tipo de materia y que dependen de la cantidad que haya. La masa y el volumen son propiedades extensivas.
Propiedades intensivas: son aquellas específicamente de un tipo de materia determinado y que no depende de la cantidad que haya. Algunas propiedades intensivas son: color, olor, sabor, densidad, punto de fusión…
Sustancia química pura
En el lenguaje común se dice que una sustancia es pura si es de origen natural y no contiene contaminantes o aditivos artificiales. Una sustancia química pura es cualquier sustancia que tiene una composición química definida y unas propiedades intensivas variables.