tema 2 naturaleza corpuscular de la materia
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NATURALEZA
CORPUSCULAR DE LA
MATERIATEMA 2
1. TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR
La era científica arranca en el siglo XVI
Algunos de los científicos más destacados con sus aportaciones
a la teoría atómica son los siguientes:
1. Robert Boyle (s XVII): primer científico partidario de la
constitución atómica de la materia. Realizó estudios sobre
reacciones químicas y gases.
2. John Dalton (1808): primer científico que reúne datos
experimentales para elaborar una teoría atómica de la materia.
3. Amadeo Avogadro (1811): descubrió una importante ley de los
gases y sugirió la posibilidad de que existieran moléculas
elementos.
La teoría atómico-molecular no es, pues, la idea genial de nadie, sino
el trabajo de decenas de científicos a lo largo de tres siglos.
Podemos resumirla como sigue:
• La materia está formada por átomos y vacío.
• Las moléculas y los cristales son asociaciones de átomos,
iguales o distintos, que siempre están en el mismo número o
proporción.
• Los elementos químicos son aquellas sustancias que están
formadas por átomos iguales.
• Los compuestos son sustancias formadas por moléculas o
cristales con átomos distintos.
Los elementos son sustancias constituidas por átomos iguales.
Los compuestos son sustancias formadas por átomos distintos.
2. LA TEORÍA CINÉTICA
Las leyes que describían y justificaban el comportamiento de los gases se fueron perfeccionando con el tiempo, hasta construir lo que hoy llamamos teoría cinética de la materia.
Durante las décadas de 1850 y 1860, la teoría cinética de la materia fue completamente desarrollada por una serie de científicos (Maxwell, Boltzmann y Clausius, llegaron a calcular diversas magnitudes relacionadas con las moléculas que componen el aire)
Los postulados de la teoría cinética son
• La materia está formada por partículas.
• Entre las partículas se ejercen fuerzas de corto alcance, que son
atractivas cuando están separadas y repulsivas cuando están muy
próximas.
• Las partículas se encuentran en un estado de agitación
permanente.
• Entre estas partículas está el vacío.
Las partículas que forman la materia, átomos o moléculas,
interaccionan con fuerzas atractivas y repulsivas de naturaleza
eléctrica, a las que llamamos fuerzas de cohesión.
3. PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS Y
LOS LÍQUIDOS
La TEMPERATURA es una propiedad de la materia (ya sea en
estado sólido, líquido o gaseoso) que indica el contenido
energético medio de sus partículas como consecuencia de su
estado de agitación. Es una propiedad de los sistemas
materiales, carece de sentido hablar de la temperatura de un
átomo o molécula. Se mide con los termómetros y su unidad en
el SI es el kelvin (K), aunque fuera del mundo científico se mide
en ºC.
La DILATACIÓN en los sólidos: los sólidos son incompresibles y
están formados por estructuras cristalinas con sus partículas
perfectamente ordenadas y muy cercanas. Las partículas vibran
intensamente, tanto más cuanto mayor sea la temperatura.
Cuando aumenta la temperatura un sólido se dilata debido a que
aumenta el volumen aparente de cada partícula.
El volumen mínimo de un sólido se alcanzaría a 0 K (-273,15ºC)
La DILATACIÓN en los líquidos: los líquidos son amorfos (partículas
desordenadas). Sus partículas no mantienen posiciones fijas, pero no
están a mucha mayor distancia que en los sólidos (incompresibles)
• Son sistemas de mayor
energía que los sólidos y por
razones similares cuando se
calientan se dilatan (aumenta
el nivel de agitación de sus
partículas)
• La DENSIDAD de los sólidos y los líquidos disminuye al calentarlos
ya que la masa no varía y el volumen aumenta.
• La TENSIÓN SUPERFICIAL
en la superficie libre de los
líquidos se forma una película
de partículas atraídas
fuertemente hacia el interior
por las fuerza de cohesión de
las partículas cercanas que se
encuentran debajo.
4. CAMBIOS DE ESTADO
Aunque se pudiera suponer
que todas las sustancias
pueden presentarse en los
tres estados, esto no es
siempre así. Muchas
sustancias de moléculas
grandes y complejas se
descomponen antes de
hervir. Estudiaremos las
propiedades de los tres
estados. Los nombres de los
cambios de estado aparecen
en la figura adjunta.
• TEMPERATURAS DE CAMBIO DE ESTADO: las temperaturas de
cambio de estado son propias de cada sustancia pura, son
propiedades específicas, Se miden a la presión atmosférica (cambian
con la presión)
• CALOR DE CAMBIO DE ESTADO: al calor necesario para fundir 1
kg de cualquier sustancia le llamaremos calor de fusión de dicha
sustancia, y el necesario para hervir la misma cantidad.
En el siguiente gráfico tenemos la curva de calentamiento del agua,
donde se observa como en los cambios de estado la temperatura se
mantiene constante
La vaporización de un líquido se puede producir de dos formas:
• Evaporación: se produce en la superficie del líquido y a cualquier
temperatura.
• Ebullición: se produce en todo el volumen del líquido y a una
temperatura determinada.
5. Propiedades de los gases
Los gases comparten las propiedades generales con el resto de
la materia: son extensos (tienen volumen), tienen inercia
(podemos medir su masa), están formados por partículas e
interaccionan entre sí y con el resto de la materia. Sus partículas
están muy separadas entre sí lo que hace que la materia en
estado gaseoso sea invisible.
Temperatura: las partículas de los gases se desplazan
libremente, no vibran, se desplazan en línea recta hasta chocar
con otra o con las paredes del recipiente (los choques son
elásticos). La temperatura de un gas representa la energía
cinética media de sus partículas.
Fluidez: son mucho más fluidos que los líquidos. Atraviesan
tuberías y se adaptan a la forma del recipiente.
• Expansión: propiedad única de los gases. Ocupan la totalidad del
recipiente que los contiene.
• Difusión: las partículas de un gas se entremezclan rápidamente
con las de otro.
• Presión: el bombardeo continuado de partículas ejerce un empuje,
una presión, sobre la superficie de las paredes.
6. LEYES DE LOS GASES
Ley de Boyle (1661) y Mariotte (1676): Si tomamos una cierta masa
de un gas cualquiera, y mantenemos la temperatura sin cambios, el
producto de la presión por el volumen es constante.
P·V=k1
La ley de Boyle y Mariotte también se puede enunciar diciendo; el
volumen de los gases es inversamente proporcional a la presión
ejercida sobre ellos.
Pinicial·Vinicial=Pfinal·Vfinal
• Ley de Charles (1787) y Gay-Lussac (1802): Si mantenemos
constante la presión de una cierta masa de un gas cualquiera, el
cociente entre el volumen y la temperatura absoluta es constante:
V/T=k2
También se puede expresar diciendo que a presión constante, los
volúmenes y las temperaturas son directamente proporcionales.
• Ley general de los gases: del estudio completo de los gases se
deduce que: Para una determinada masa de gas, el cociente entre el
producto de la presión por el volumen y la temperatura absoluta se
mantiene constante.
3kT
VP
Modelo atómico de Dalton
• La materia está formada por átomos, que son partículas
separadas e indestructibles.
• Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí
en peso y en las demás propiedades.
• Los átomos de distintos elementos tienen diferentes
peso y propiedades.
• Los átomos de los distintos elementos pueden
combinarse unos con otros para formar “átomos
compuestos” (hoy les llamamos moléculas)