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DESARROLLO DE LA TABLA DE SABER

UNIDAD 4: LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN Y LA TEORÍA CINÉTICA

ACTIVIDADES ORIENTADORAS DE DESEMPEÑOS

1. Identifica, describe y compara la materia, sus estados y sus propiedades y lo evidencia con los resultados de una prueba escrita.2. Explica las interacciones de la materia en los tres estados mediante el diseño y elaboración de un modelo y lo socializa a las compañeras resaltando la influencia de estos en la contaminación ambiental.3. Evidencia las leyes de los gases y lo evidencia con los resultados de una prueba escrita.

PARTE I

1. MATERIA Y SUS PROPIEDADES

Materia en término general que se aplica a todo lo que ocupa espacio y posee los atributos de gravedad e inercia.

1.1 Masa: es una propiedad general de la materia, es decir, cualquier cosa constituida por materia debe tener masa.

La masa puede medirse en muchas unidades, lo que depende no sólo de la nación, sino de la profesión. Así, los joyeros miden la masa de las piedras preciosas en quilates, los ingleses miden la masa en libras, etc. En el Sistema Internacional (SI), que es usado por los científicos y técnicos de todo el mundo y en la mayoría de los países,

la masa se mide en kilogramos, aunque también es muy empleado el gramo.

Dependiendo de la masa a medir se emplean, en lugar del kilogramo o el gramo, alguno de sus múltiplos, de forma que los números obtenidos sean más fáciles de usar. Los múltiplos y submúltiplos del kilogramo y del gramo son los indicados en la siguiente tabla:

Nombre Abreviatura Equivalente en kilogramos Equivalente en gramosTonelada Tm 1000 kg 1000000 gkilogramo kg 1 kg 1000 ghectogramo hg 0.1 kg 100 gdecagramo dag 0.01 kg 10 ggramo g 0.001 kg 1 gdecigramo dg 0.0001 kg 0.1 gcentigramo cg 0.00001 kg 0.01 gmiligramo mg 0.000001 kg 0.001 g

ACTIVIDAD 11. Exprese en miligramos 5.4 kg.2. ¿Cuántas toneladas son 12300000 g?3. Complete la siguiente tabla, sustituyendo la x por el número correspondiente:

kilogramos miligramosx 1000x 120000000.000012 x0.000009 x

4. Si en un determinado lugar, el peso de un cuerpo es la mitad de otro, ¿cómo será su masa?

5. Si una mesa y una silla tienen la misma masa, ¿estarán hechas con el mismo material?

1.2 Volumen: representa la cantidad de espacio que ocupa la materia de un cuerpo y que no puede ser ocupado por otro cuerpo, ya los cuerpos son impenetrables.

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En el Sistema Internacional (SI), que es usado por los científicos y técnicos de todo el mundo y en la mayoría de los países, el volumen se mide en metros cúbicos (m 3), aunque también es muy empleado el litro, sobre todo para medir capacidades.

Dependiendo del volumen a medir se emplean, en lugar del metro cúbico o el litro, alguno de sus múltiplos, de forma que los números obtenidos sean más fáciles de usar. Los múltiplos y submúltiplos son los indicados en la siguiente tabla (decímetro cúbico equivale a litro y centímetro cúbico a mililitro):

Nombre Abreviatura Equivalencia en m3 Equivalencia en lHectómetro cúbico hm3 1000000 m3 1000000000 lmetro cúbico m3 1 m3 1000 lHectolitro hl 0.1 m3 100 ldecímetro cúbico dm3 0.001 m3 1 lcentímetro cúbico c.c. o cm3 0.000001 m3 0.001 ldecilitro dl 0.0001 m3 0.1 lcentilitro cl 0.00001 m3 0.01 lmililitro ml 0.000001 m3 0.001 l

Para medir el volumen de un líquido se emplean diversos recipientes graduados en los que se introduce el líquido cuyo volumen se desea conocer: probetas, buretas, matraces aforados, etc. dependiendo de la exactitud con la que deseemos conocer dicho volumen. El más fácil de emplear es la probeta, un tubo cilíndrico graduado, de forma que, al introducir el líquido en ella, su propia altura nos indica el

volumen que contiene, leída directamente en la escala de la probeta.

ACTIVIDAD 2: resuelva1. Una caja de zapatos mide 30 cm de largo, 12 cm de ancho y 10 cm de alto. ¿Cuál

es el volumen de la caja? Exprésalo en c.c. y en l.2. Sabiendo que un litro de agua tiene una masa de 1.000 gramos, ¿cuántos

kilogramos de agua habrá en una presa que contiene 26.5 hectómetros cúbicos de agua?

3. ¿Cómo medirías el volumen de una piedra de sal gema? Recuerda que la sal se disuelve en el agua.

4. Para preparar un café, es necesario moler los granos de café: ¿Disminuirá el volumen de los granos de café tras ser molidos?

5. Completa la siguiente tabla, sustituyendo la x por el número correspondiente:

litros c.c. m3

0.01 10 xx 12000000 12

12 x xx x 0.3

1.3 Temperatura: Se puede definir como la propiedad de los cuerpos que, al pasar un tiempo en contacto, es igual en ellos. La temperatura de un cuerpo está relacionada con la velocidad de las moléculas que la forman y, así, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad de sus moléculas.

1.3.1 Escalas de temperatura: La medida de la temperatura se realiza mediante termómetros. Estos llevan un indicador y una escala, se ponen en contacto con el cuerpo cuya temperatura se desea conocer y, tras unos instantes, se mira la escala.

Para medir la temperatura se han desarrollado varias escalas termométricas. La más empleada en la Europa continental y Latinoamérica es la escala centígrada o Celsius; en esta escala, el agua se congela a 0ºC y entra en ebullición a 100ºC.

El físico inglés Lord Kelvin, propuso una nueva escala de temperaturas, cuyo origen estuviera en -273ºC, de esta forma no habría nunca temperaturas negativas, de ahí que reciba el nombre de escala absoluta. En ella, el agua congela a 273 K y hierve a 373 K, es decir, el agua líquida abarca un intervalo de temperaturas de 100 K, lo que quiere decir que, en cuanto a intervalo de temperaturas, 1 K es lo mismo que 1ºC.

En los países anglosajones, Gran Bretaña y EE.UU. sobre todo, se emplea otra escala de temperaturas, la Fahrenheit. En esta escala el agua se congela a 32ºF y hierve a 212ºF, por lo que el agua líquida existiría en un intervalo de 180ºF y no de 100, como ocurre en las escalas centígradas y Kelvin.

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Fórmulas de conversión °C = 5/9 (°F-32) °F= 9/5 °C +32 K= °C +273

ACTIVIDAD 3.

1. El punto de ebullición del tungsteno es 5900 ºC. Expresa esta temperatura en grados Kelvin y Fahrenheit.

2. El punto de ebullición del O es –182.86 ºC. Expresa esta temperatura en grados Kelvin y Fahrenheit3. Normalmente el cuerpo humano pueda soportar una temperatura de 105°F por cortos periodos sin sufrir daños permanentes en el cerebro y otros órganos vitales. ¿Cuál es esta temperatura en grados Celsius?4. El etilenglicol es un compuesto orgánico liquido que se utiliza como anticongelante en los radiadores de automóviles. Se congela a11,5°C. Calcule esta temperatura de congelación en grados Fahrenheit. Ppodrá5. La temperatura de la superficie del Sol es de alrededor de 6300°C, ¿Cuál es la temperatura en grados Fahrenheit?6. Convierta las siguientes temperaturas a Kelvin y a Fahrenheit:a) 113°C, el punto de fusión del azufre. b) 37°C, la temperatura corporal normal c) 357°C. el punto de ebullición del mercurio

1.4 Calor: se puede definir como la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. Como la energía no es más que la capacidad de realizar un trabajo, se medirá en las mismas

unidades que éste. En el Sistema Internacional se mide en Julios (J). Pero existen muchas unidades para medir la energía que, por tradición, se continúan empleando.

Así el calor (y la energía aportada por la comida) se suele medir en calorías (cal) y la energía eléctrica en kilowatios hora (kwh), pero evidentemente todas pueden interconvertirse según la siguiente tabla:

Julio Caloría Kilowatio/horaJulio 1 0.2389 0.000000278Caloría 4.1868 1 0.000001163Kilowatiohora 3600000 859845 1

1.5 Densidad: se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Es decir, se calcula dividiendo la masa de un cuerpo entre su volumen se suele emplear la unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.).

÷ACTIVIDAD 4Complete la siguiente tabla.

Densidad en g/ccMasa en gVolumen en c.c.1200 5 x

x 2.5 2037.5 x 300

x 0.136 10

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Algunas propiedades de la materia. García, Benavides. 2012.

2. LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN

2.1. Estados de agregación de la materia: Todo en el Universo está formado por materia. Ella se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.

La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:

2.1.1 Estado sólido: Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.

Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas

2.1.2 Estado líquido: Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En ellos, las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.

Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad.En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).

2.1.3 Estado gaseoso: Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos. En ellos, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño.

Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido.Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión:

2.2 Cambios de estado de la materia: Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, se dice que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si se calienta agua líquida se observa que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión influye en el estado en que se encuentran las sustancias.

Existen varios cambios de estado, que son:

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- Fusión: Es el paso de una sustancia de sólido a líquido. La temperatura a la que esto ocurre se llama Temperatura de fusión o punto de fusión de esa sustancia. Mientras hay sólido convirtiéndose en líquido, la temperatura no cambia, se mantiene constante. Por ejemplo, en el agua el punto de fusión es 0 ºC; mientras haya hielo transformándose en agua la temperatura no variará de 0 ºC. Esto ocurre porque toda la energía se invierte en romper las uniones entre partículas y no en darles mayor velocidad en ese tramo.

- Solidificación: Es el cambio de estado de líquido a sólido. La temperatura a la que ocurre es la misma: el punto de fusión.

- Vaporización: Es el cambio de estado de líquido a gas. Se puede producir de 2 formas: evaporación y ebullición. La evaporación se produce sólo en la superficie del líquido y a  cualquier temperatura, se escapan las partículas más energéticas del líquido. Por el contrario, la ebullición se produce en todo el líquido y a una temperatura característica llama temperatura o punto de ebullición. Por ejemplo, en el agua es de 100 ºC y se mantiene mientras hay agua pasando a vapor.

- Condensación: Es el cambio de estado de gas a líquido. La temperatura a la que ocurre es el punto de condensación.

- Sublimación: Es el cambio de estado de sólido a gas (sin pasar por el estado líquido). Esto ocurre, por ejemplo, en sustancias como: alcanfor, naftalina, yodo, etc. Un buen ejemplo práctico serían los ambientadores sólidos o los antipolillas.

- Deposición. Este proceso en algunas ocasiones lo describen como sublimación inversa. Es decir, que las partículas de un gas pierden suficiente energía cinética y pueden pasar a estado sólido sin pasar por líquido (proceso exotérmico). En situaciones cotidianas es muy poco probable observar este cambio de estado, no obstante, la sustancia que más fácilmente permitiría ver este proceso es el yodo. Si se coloca una superficie fría sobre el vapor sublimado, se podrá observar que se forman pequeños cristales de yodo. Es decir, el yodo se sublima y se deposita sobre la superficie fría.

 Los cambios de estado se suelen representar en unas gráficas llamadas gráficas de calentamiento o gráficas de enfriamiento que son iguales para todas las sustancias, ya que sólo varían en su punto de fusión y en su punto de ebullición, que son propiedades características de cada sustancia. 

Punto triple sólido, líquido y gas. Domínguez, 2012.

En el gráfico de equilibrio de fases se observa que los tres estados de la materia están separados por líneas que representan los equilibrios sólido-líquido o de fusión, sólido-gas o de sublimación y líquido-gas o de vaporización; el punto triple, es donde coexisten los tres estados. Domínguez, 2012.

Los puntos de fusión y de ebullición de las sustancias puras tienen valores constantes y cada sustancia pura tiene su propio punto de fusión y de ebullición. Por ejemplo, el agua tiene como punto de fusión 0 ºC y como punto de ebullición 100 ºC (a la presión del nivel del mar), el alcohol etílico tiene punto de fusión -114 ºC y punto de ebullición 78 ºC. En la siguiente tabla se pueden ver algunos ejemplos:

Sustancia P. F. (ºC) P. E. (ºC)Agua 0 100

Etanol - 114 78Sodio 98 885Hierro 1540 2900

Mercurio - 39 357Oxígeno - 219 - 183

 

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¿Por qué unos líquidos se evaporan más rápido que otros? Anteriormente cuando se hablaba de la evaporación, se mencionó que las partículas de la superficie adquieren suficiente energía cinética y se rompe la atracción intermolecular con las partículas en estado líquido. Una vez estas partículas escapan se localizan en la parte superior del líquido y ejercen presión sobre el mismo líquido. Esta presión se conoce como presión de vapor, la cual se relaciona con la fuerza de atracción intermolecular y la temperatura. A menor fuerza de atracción intermolecular, mayor número de partículas en estado gaseoso sobre el líquido, por tanto mayor presión de vapor.

Lo anterior significa que aquellos líquidos que se evaporan más rápidamente son líquidos con una mayor presión de vapor. Es decir, que en estado líquido tienen menor atracción molecular entre sus partículas.

2.3 Soluciones y coloides

2.3.1 Soluciones: Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. En cualquier discusión de soluciones, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes. La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente.

Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan:1. Su composición química es variable.2. Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.3. Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro: la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.

Principales clases de soluciones

SOLUCIÓN DISOLVENTE SOLUTO EJEMPLOSGaseosa Gas Gas AireLiquida Liquido Liquido Alcohol en aguaLiquida Liquido Gas O2 en H2OLiquida Liquido Sólido NaCl en H2O

2.3.2 Solubilidad: La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura. Los factores que afectan la solubilidad son:

Superficie de contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez (pulverizando el soluto).

Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución.

Temperatura: Al aument6ar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose.

Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional.

PARTE II

1. LA TEORÍA CINÉTICA

La teoría cinética indica que la materia, sea cual sea su estado, está formada por partículas tan diminutas que no se pueden observar a simple vista y que, además, se encuentran en continuo movimiento. Ese estado de movimiento depende de la temperatura, siendo mayor conforme más alto es el valor de dicha temperatura. Este modelo permite, también, explicar la razón por la que un sólido puede convertirse en líquido o un gas en líquido.

1.1 Factores que afectan teoría cinética: Esta teoría es capaz de explicar porqué una misma sustancia se puede encontrar en los 3 estados: sólido, líquido y gas. Esto depende sólo de la manera de agruparse y ordenarse las partículas en cada estado y ello, depende en gran medida de factores como temperatura, la presión, cantidad de materia (moles) y el espacio que ocupa esa materia (volumen). 1.1.1 La temperatura: Cuando se calienta un cuerpo, sus partículas se mueven más deprisa con lo cual aumentan su energía cinética. Si se enfría ocurre lo contrario: disminuye la energía cinética de las partículas. Esta energía es la que tiene un cuerpo en movimiento.

1.1.2 Volumen: de un gas son las dimensiones del espacio que ocupa un gas. En un sistema cerrado, el gas ocupa todo el volumen del sistema. Asi por ejemplo, cuando un gas es metido a un recipiente, se expande uniformemente para ocupar todo el recipiente. Cuando un gas es sacado del recipiente al ambiente tenderá a expandirse por la atmósfera 

1.1.3 Presión atmosférica: La presión atmosférica es la presión que ejerce la atmósfera debido a su peso sobre la superficie de los cuerpos que están en contacto con ella. La presión atmosférica se mide con un instrumento llamado barómetro. La presión a nivel del mar es de 1013 mb o 1 atm. La presión superior a 1013 mb se llama alta presión y, si es

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menor, baja presión. En los mapas meteorológicos se unen puntos con la misma presión mediante unas líneas llamadas isobaras.EQUIVALENCIAS PRESIÓN 1 atm = 760 mmHg = 760 Torr = 1,01325 bar

1.1.4 Cantidad de sustancia (mol): Dada cualquier sustancia (elemento o compuesto) y considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en 12g de carbono 12. (de modo similar a como se define el metro a partir de la velocidad de la luz). La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que se utiliza para medir la cantidad de gas es el mol. Un mol es una cantidad igual al llamado número de Avogadro: 1 mol de moléculas= 6,022·1023 moléculas 1 mol de átomos= 6,022·1023 átomos

1.2 Propiedades de los gases

1.2-1 Tienden a ocupar todo el volumen disponible: En los gases, las partículas están muy separadas unas de otras y se mueven libremente a gran velocidad; por eso ocupan todo el espacio disponible y no tienen volumen ni forma fijos. El que las partículas se encuentren tan separadas da lugar a que los gases sean compresibles y ocupen el volumen del recipiente que los contiene. Los gases pueden sufrir compresión y expansión. Si acercamos las partículas del gas, entonces se comprime y si las alejamos se expanden.

1.2.2 Ejercen presión: Debido a que las partículas del gas están en continuo movimiento chocan entre ellas y con las paredes del recipiente. Estas colisiones son las responsables de la presión que ejerce el gas.  La presión varía con el volumenSi la temperatura de un gas permanece constante:

Su presión aumenta al disminuir su volumen. Su presión disminuye al aumentar su volumen.

2. LEYES DE LOS GASES

Los gases se forman cuando la energía de un sistema excede todas las fuerzas de atracción entre moléculas. Así, las moléculas de gas interactúan poco, ocasionalmente chocándose. En el estado gaseoso, las moléculas se mueven rápidamente y son libres de circular en cualquier dirección, extendiéndose en largas distancias. A medida que la temperatura aumenta, la cantidad de movimiento de las moléculas individuales aumenta. Los gases se expanden para llenar sus contenedores y tienen una densidad baja. Debido a que las moléculas individuales están ampliamente separadas y pueden circular

libremente en el estado gaseoso, los gases pueden ser fácilmente comprimidos y pueden tener una forma indefinida.

El comportamiento de todos los gases se ajusta a tres leyes, las cuales relacionan el volumen de un gas con su temperatura y presión. Los gases que obedecen estas leyes son llamados gases ideales o perfectos. Maracaputo y Medina, 2011.

2.1 Ley de Boyle: Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante. Esta ley establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.

Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:

(el producto de la presión por el volumen es constante)

Cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si se varía el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

El volumen de los gases varía con la temperatura. Si la presión a la que se ve sometido un gas permanece constante:

Su volumen aumenta al elevar la temperatura. Su volumen disminuye al descender la temperatura.

2.2 Ley de Charles: Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante. En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que si aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:

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•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.•Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.Matemáticamente se puede expresar así:

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante).

Suponiendo que se tiene cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1

al comienzo del experimento. Si varía el volumen de gas hasta un nuevo valor V 2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

La presión y la temperatura están relacionadasSi el volumen de un gas permanece constante:

Su presión aumenta al elevar la temperatura. Su presión disminuye al bajar la temperatura.

2.3 Ley de Gay-Lussac: Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante. Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:•Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.•Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)

Suponiendo que se tiene un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1

al comienzo del experimento. Si se varía la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

2.4 Ley de los gases perfectos: Las leyes de Boyle-Mariotte y de Gay-Lussac sobre el comportamiento de los gases son tanto más imprecisas cuanto mayor es la densidad, la presión o la temperatura del gas. Por ello los gases que cumplen con exactitud dichas leyes físicas se denominan gases perfectos o ideales.

Es posible combinar las leyes de los gases en una sola ecuación sencilla si la temperatura se expresa en la escala absoluta o Kelvin. Así la ley de Charles-Gay Lussac puede escribirse como:

V = kTOperando en la ecuación se tiene:V = V0 (1 + t) =

y como 273 + t(ºC) = T(K), expresando la temperatura en Kelvin resulta, en efecto:

Por otra parte la ley de Boyle establece la proporcionalidad inversa entre V y P, es decir:

Combinando ambas relaciones de proporcionalidad se tiene:

que indica que el producto del volumen de un gas por su presión dividido por su temperatura absoluta es una cantidad constante. Ello significa que una muestra gaseosa dada puede evolucionar de un estado inicial a otro final cambiando en el proceso su presión, su volumen o su temperatura, pero siempre que la cantidad PV/T no varíe.La ecuación anterior constituye una expresión de la llamada ley de los gases ideales o perfectos, que también se conoce como ecuación de estado. Para dos estados cualquier inicial y final las magnitudes P, V y T están relacionadas en la forma:

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La constante de proporcionalidad depende de la cantidad de sustancia gaseosa considerada. Cuando esta circunstancia se introduce en la ecuación (20.4) resulta la expresión de la ley de los gases ideales más usada:P V = n R T donde n es el número de moles de la muestra gaseosa considerada y R es la llamada constante de los gases perfectos igual a: 0,082 atm · 1/K · mol.

BIBLIOGRAFÍA

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http://fisica-quimica.blogspot.com/2006/05/estados-de-agregacin-de-la-materia.html

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