Estados de Agregación de la Materia
Estado Sólido
Los sólidos se caracterizan por ser rígidos y difíciles de comprimir. Tienen un volumen constante y su forma es constante, es decir, no varía al cambiarlos de recipiente. Su densidad suele ser grande y, en general, no se mezclan con otros sólidos al ponerlos en contacto.
Estado Líquido
Los líquidos no son fáciles de comprimir y tienen un volumen constante. Su forma es variable: adoptan la forma del recipiente que los contiene. Su densidad suele ser menor que la de los sólidos. Los líquidos se mezclan fácilmente entre sí.
Estado Gaseoso
Los gases son fáciles de comprimir y su volumen varía según las condiciones de presión y temperatura. Tienen forma variable: adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Su densidad es muy pequeña. Se mezclan fácilmente unos gases con otros.
Modelo Cinético-Molecular de la Materia
El modelo cinético-molecular explica el comportamiento de la materia a partir de una serie de postulados:
- La materia es discontinua, es decir, está formada por un gran número de pequeñas partículas materiales separadas entre sí.
- Estas partículas se encuentran en constante movimiento, que aumenta si se eleva la temperatura.
- Entre las partículas hay fuerzas atractivas o de cohesión cuya intensidad disminuye conforme aumenta la distancia entre ellas.
- La intensidad de las fuerzas de cohesión, la diferente disposición de las partículas y su movilidad establecen las diferencias entre los tres estados de agregación.
Modelo Cinético-Molecular del Estado Sólido
En los sólidos, las fuerzas de atracción entre las partículas son muy intensas. Las partículas están muy próximas entre sí y ocupan posiciones fijas. Las partículas solo tienen movimiento de vibración alrededor de su posición de equilibrio.
Modelo Cinético-Molecular del Estado Líquido
En los líquidos, las fuerzas de atracción son intensas, pero menores que en los sólidos. Las partículas están muy próximas entre sí, pero no ocupan posiciones fijas. Las partículas tienen libertad para desplazarse, sin alejarse mucho unas de otras.
Modelo Cinético-Molecular del Estado Gaseoso
En los gases, las fuerzas de atracción entre las partículas son despreciables. Las partículas están muy alejadas unas de otras, en total desorden. Las partículas tienen total libertad para desplazarse y chocan elásticamente entre ellas y con las paredes del recipiente.
Leyes de los Gases
Ley de Boyle-Mariotte
Establece que, a temperatura constante, al aumentar el volumen de un gas, disminuye la presión, y viceversa.
Justificación mediante el Modelo Cinético-Molecular
Al mantenerse constante la temperatura, la velocidad media de las partículas del gas se mantiene constante y los choques son igual de energéticos. Al aumentar el volumen, las partículas tienen que recorrer una distancia mayor entre choques, por lo que la frecuencia de los choques con las paredes del recipiente disminuye, lo que se traduce en una disminución de la presión.
Ley de Charles y Gay-Lussac
Nos dice que, para mantener la presión constante, si aumentamos la temperatura, debemos aumentar el volumen, y viceversa.
Justificación mediante el Modelo Cinético-Molecular
Al aumentar la temperatura, la velocidad de las partículas del gas aumenta y los choques con las paredes del recipiente son más energéticos, lo que tiende a aumentar la presión. Para mantener la presión constante, es necesario aumentar el volumen, de modo que las partículas tengan que recorrer una distancia mayor entre choques y la frecuencia de los choques disminuya.
Cambios de Estado
El estado de agregación de un material puede cambiar si se modifican las condiciones ambientales a las que se encuentra, es decir, la presión y la temperatura.
Fusión y Solidificación
La fusión es el paso del estado sólido al líquido. Para conseguirla, hay que aumentar la temperatura del sólido. Al calentar un cuerpo sólido, aumenta el movimiento de las partículas. Las fuerzas de cohesión ya no son suficientes para mantener las partículas fijas, y estas comienzan a resbalar unas sobre otras. Entonces se produce la fusión.
La solidificación es el paso del estado líquido al sólido. Para conseguirla, hay que disminuir la temperatura del cuerpo.
Vaporización y Condensación
La vaporización es el paso del estado líquido al gaseoso. Puede conseguirse aumentando la temperatura del líquido o bien disminuyendo la presión sobre él. Al calentar un líquido, aumenta la velocidad de desplazamiento de las partículas y, con ella, su energía. Esta energía es suficiente para que las partículas venzan las fuerzas de cohesión y se separen unas de otras. Entonces se produce la vaporización.
El proceso de vaporización tiene lugar de dos formas: la evaporación y la ebullición.
- La evaporación es un fenómeno que se produce exclusivamente en la superficie del líquido y aumenta al elevarse la temperatura.
- La ebullición afecta a toda la masa del líquido y tiene lugar a una temperatura determinada, llamada temperatura de ebullición, que también depende de la presión.
La condensación es el paso del estado gaseoso al líquido. Puede conseguirse disminuyendo la temperatura del gas o bien aumentando la presión sobre él. A medida que disminuye la energía de las partículas gaseosas, son capturadas por las fuerzas de cohesión y pasan al estado líquido.
Sublimación y Condensación a Sólido
La sublimación es el paso directo del estado sólido al gaseoso, mientras que la condensación a sólido es el paso inverso. Para que se produzcan, es necesario que los cuerpos se encuentren en unas determinadas condiciones de presión y temperatura, que varían según la sustancia de que se trate.
Clasificación de la Materia
Podemos establecer una primera clasificación según la materia sea uniforme o no uniforme.
Mezcla Heterogénea
Materia en la que a simple vista o con un microscopio óptico se distinguen partes diferentes. Su composición y sus propiedades varían de unos puntos a otros. Se pueden separar en sustancias más simples mediante procesos físicos.
Materia Homogénea
Materia que a simple vista o con un microscopio no se distinguen sus partes diferentes. Su composición y sus propiedades son las mismas en todos sus puntos. Se clasifica en:
- Disolución o mezcla homogénea: materia homogénea de composición variable.
- Sustancia pura: materia homogénea de composición fija. Estas se dividen en:
- Compuesto: sustancia pura que se puede descomponer en otras más simples por métodos químicos.
- Elemento: sustancia pura que no se puede descomponer en otras más simples.
Técnicas de Separación de Mezclas
Para separar mezclas heterogéneas suelen utilizarse la filtración y la decantación.
Para separar mezclas homogéneas pueden emplearse la destilación y la cristalización.
Filtración
Se utiliza para separar los componentes de una suspensión fina (mezcla de un líquido y un sólido en las que las partículas del sólido se encuentran dispersas en el seno del líquido). El procedimiento consiste en separar las partículas sólidas de las del líquido por medio de un filtro.
Decantación
Se emplea para separar dos tipos de mezclas: las emulsiones (mezclas de dos líquidos inmiscibles que, con el tiempo, tienden a separarse espontáneamente en dos fases) y las suspensiones gruesas, en las que las partículas del sólido tienden a depositarse en el fondo o a sobrenadar en el líquido. El procedimiento consiste en separar ambas fases (las dos fases líquidas o la fase líquida y la sólida) aprovechando la diferencia de densidad entre ambas. Este proceso depende del tipo de mezcla.
Destilación
Se utiliza para separar los componentes de una disolución (mezcla homogénea de un líquido y un sólido o de dos líquidos). El procedimiento consiste en separar ambos componentes aprovechando la mayor volatilidad del líquido, es decir, la facilidad de este para pasar a estado gaseoso.
Cristalización
Se utiliza para separar los componentes de una disolución formada por un sólido y un líquido. El procedimiento consiste en separar el sólido del líquido mediante la evaporación del disolvente, lo que provoca la formación de cristales del sólido.