gases y disoluciones
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Los gases y las disoluciones La materia y sus propiedades Estados de la materia El estado gaseoso Leyes de los gases Modelo cinético de los gases Teoría cinética de la materia Los sistemas materiales: heterogéneos y homogéneos Métodos de separación de mezclas Disoluciones Concentración de una disolución Solubilidad
La materia
MATERIA: es todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen
SUSTANCIA: es cada uno de los diferentes tipos de materia
SISTEMA MATERIAL: es una porción de materia que consideramos aislada para su estudio
Propiedades de la materiaPROPIEDADES GENERALES: no sirven para identificar la sustancia de la que está compuesta la materia.
• Masa• Volumen• Temperatura
PROPIEDADES ESPECÍFICAS o CARACTERÍSTICAS: son aquellas que nos permiten determinar la naturaleza de la sustancia que estudiamos.
• Densidad• Punto de fusión• Punto de ebullición
Propiedades generalesMASA: es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. La unidad en el SI es el kg.
VOLUMEN: es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. La unidad en el SI es el m3.
TEMPERATURA: es una propiedad general de la materia que se mide con el termómetro. En el SI la temperatura es una magnitud fundamental y su unidad es el Kelvin (K).
Propiedades específicasDENSIDAD: es la masa que corresponde a un volumen unidad de un cuerpo. La unidad en la que se mide la densidad en el SI es el kg/m3. Otras unidades que se suelen usar son g/cm3 ó g/mL.
PUNTO DE FUSIÓN: es la temperatura a la que una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido, y viceversa.
PUNTO DE EBULLICIÓN: es la temperatura a la que una sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso, y viceversa.
md =V
Estados de la materiaSÓLIDOS:
• Tienen volumen fijo• Tienen forma propia• No se pueden comprimir• No fluyen por sí mismos
LÍQUIDOS: • Tienen volumen fijo • No tienen forma propia• Son muy poco compresibles• Difunden y fluyen por sí mismos
GASES:• Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene• No tienen forma fija• Son fácilmente compresibles• Difunden y tienden a mezclarse con otros gases
Cambios de estado
Cambios de estadoLa temperatura permanece constante durante todo el cambio de estado. A la que se funde un sólido se llama punto de fusión, y aquella a la que hierve un líquido, punto de ebullición.
La vaporización de un líquido puede realizarse de dos formas:
EVAPORACIÓN: es el cambio de estado líquido a gas que se produce sólo en la superficie del líquido, y ocurre siempre a cualquier temperatura.
EBULLICIÓN: es el cambio de estado de líquido a gas que tiene lugar en toda la masa del líquido, se produce sólo a la temperatura de ebullición.
El estado gaseosoLa cantidad de gas contenido en un recipiente depende de las llamadas variables de estado: volumen (V), presión (p) y temperatura (T).
VOLUMEN: es el de todo el recipiente que contiene el gas. La unidad en el SI es el m3, aunque es frecuente medirlo en Litros.
TEMPERATURA: es una medida de la energía media de las partículas del gas. En el SI la temperatura se mide en Kelvin (K). Sin embargo, la escala centígrada o Celsius (ºC) es la más habitual.
T(K) = T(ºC) + 273
PRESIÓN: es el resultado de la fuerza que ejerce el gas a las paredes del recipiente. En el SI la unidad es el Pascal (Pa). También se usan otras unidades: atmósferas (atm), milímetros de mercurio (mm Hg). Se mide con un manómetro.
Presión atmosférica: es la presión que ejerce la atmósfera, debido a su peso, sobre los cuerpos que están en contacto con ella. Se mide con un barómetro. Torricelli (s. XVII) midió la presión atmosférica al nivel del mar.
La presión
1 atm = 760 mm Hg = 101 300 Pa
Ley de BOYLE-MARIOTTESi la temperatura es constante, el producto de la presión por el volumen permanece constante.
constante1 1 2 2p ·V = p ·V =
Ley de GAY-LUSSACCuando un gas mantiene su volumen constante, el cociente entre la presión del gas y su temperatura absoluta permanece constante.
constante1 2
1 2
p p= =T T
Ley de CHARLESSi la presión de un gas permanece constante, el cociente entre el volumen del gas y su temperatura absoluta permanece constante.
constante1 2
1 2
V V= =T T
Ecuación general de los gases ideales
Relacionando las tres leyes de los gases estudiadas se puede deducir una expresión que relaciona la presión, el volumen y la temperatura de un gas en un estado inicial, con sus valores en cualquier otro estado.
constante1 1 2 2
1 2
p ·V p ·V= =T T
Modelo cinético de los gases• Los gases están formados por un gran número de partículas
(moléculas) muy pequeñas, sobre todo si se compara con la distancia que hay entre ellas.
• Entre partícula y partícula no hay nada, sólo espacio vacío.• Entre las partículas del gas no hay fuerzas de unión.• Estas partículas están en continuo movimiento caótico: chocan entre
sí y contra las paredes del recipiente que contiene el gas. En estos choques no hay pérdida de energía.
• La presión que ejercen los gases sobre las paredes del recipiente se debe a los choques de las partículas del gas con las paredes.
• La temperatura del gas viene determinada por la energía que poseen las partículas, y es mayor cuanto mayor sea la velocidad media de éstas.
Modelo cinético de los gases (2)
El modelo justifica el comportamiento de los gases:• Cuando se calienta un gas aumenta su temperatura.• Los gases ejercen presión.• Los gases son compresibles.• La presión varía con el volumen.• El volumen de un gas varía con la temperatura.• La presión varía con la temperatura.
Teoría cinética de la materia• Al confirmarse las hipótesis y comprobarse las predicciones el modelo
de los gases adquiere la categoría de teoría: podemos hablar de teoría cinética de los gases.
• La teoría cinética de la materia añade que entre las partículas existen fuerzas de atracción que las mantienen unidas, para explicar las propiedades de los sólidos y los líquidos:
• La materia está formada por partículas muy pequeñas que se hallan más o menos unidas dependiendo del estado de agregación en que se encuentre.
• Las partículas de los fluidos están en continuo movimiento aleatorio.
• Las partículas de los sólidos sólo pueden vibrar.• Cuanto más rápido se mueven o vibran las partículas, mayor
es la temperatura de la sustancia.
Teoría cinética de la materia (2)La teoría cinética explica las propiedades de los estados de agregación:
ESTADO SÓLIDO:• Las partículas están muy próximas y unidas por grandes
fuerzas de atracción.• Las partículas pueden vibrar alrededor de sus posiciones fijas,
pero no pueden cambiar de posición.
Teoría cinética de la materia (3)ESTADO LÍQUIDO:
• Las partículas están unidas y se mantienen a distancias similares al estado sólido.
• Las partículas están unidas, pero las fuerzas de atracción son más débiles y no pueden mantenerlas en posiciones fijas.
• Las partículas tienen más libertad de movimiento, permitiéndose el deslizamiento de unas sobre otras.
Teoría cinética de la materia (4)ESTADO GASEOSO:
• Las partículas se mantienen muy alejadas unas de otras.• Las fuerzas de atracción son muy débiles, incluso
despreciables. • Las partículas se mueven con total libertad en todas las
direcciones.
Teoría cinética de la materia (5)La teoría cinética explica los cambios de estado:
• Al calentar un sólido, comunicamos energía a las partículas, que vibran con mayor intensidad, distanciándose entre sí (el sólido se dilata).
• Llega un momento en que las partículas vibran tanto que pierden sus posiciones fijas y deslizan unas sobre otras (el sólido se funde).
• Si seguimos calentando, las partículas se mueven más rápidamente pero mantienen el contacto entre ellas. Algunas partículas de la superficie del líquido pueden vencer las fuerzas de atracción que las mantienen unidas (el líquido se evapora).
• Si seguimos calentando, todas las partículas del líquido tendrán energía suficiente para vencer las fuerzas de atracción (el líquido hierve).
Los sistemas materiales
SISTEMA MATERIAL: es una porción de materia que consideramos aislada para su estudio experimental.
SISTEMA MATERIAL HOMOGÉNEO: es aquel que presenta un aspecto uniforme en todos sus puntos. Tiene sólo una fase.
SISTEMA MATERIAL HETEROGÉNEO: es aquel que no presenta un aspecto uniforme en todos sus puntos. Consta de varias fases.
Mezclas heterogéneasMEZCLA: es un sistema material formado por varias sustancias.
MEZCLA HETEROGÉNEA: es aquella en la que es posible distinguir a simple vista las sustancias que la componen.
Cada componente de una mezcla heterogénea conserva sus propiedades características que pueden aprovecharse para su separación.
Sistemas homogéneosPuede estar formado por uno o más componentes.
SUSTANCIA PURA: es cualquier material formado por una sola sustancia. Tiene unas propiedades características constantes que la distinguen claramente de otras.
DISOLUCIÓN o MEZCLA HOMOGÉNEA: está formada por dos o más sustancias puras en proporción variable. Podemos distinguirla de una sustancia pura porque las propiedades características son variables.
Separación de mezclas heterogéneasFILTRACIÓN: se utiliza para separar un líquido de un sólido insoluble.
DECANTACIÓN: se emplea para separar dos líquidos no miscibles.
SEPARACIÓN MAGNÉTICA: se usa para separar sustancias magnéticas de otras que no lo son.
CRISTALIZACIÓN: se usa para extraer un sólido que está disuelto en un líquido. Consiste en la evaporación del disolvente, entonces el soluto se va depositando en forma de cristales sólidos.
DESTILACIÓN SIMPLE: sirve para separar una mezcla de dos líquidos miscibles, con puntos de ebullición diferentes, mediante una evaporización y posterior condensación.
Separación de disoluciones
DisolucionesDISOLUCIÓN: es una mezcla homogénea y uniforme formada por dos o más sustancias puras en proporción variable. Las disoluciones más conocidas son líquidas, pero también hay gaseosas y sólidas.
DISOLVENTE: generalmente, es el componente de la disolución que se encuentra en mayor cantidad.
SOLUTOS: son los otros componentes de la disolución que se encuentran en menor cantidad.
Concentración de una disoluciónCONCENTRACIÓN: es la cantidad de soluto que hay disuelta en una determinada cantidad de disolvente o en una determinada cantidad de disolución. Mide la proporción que hay de soluto.
Las disoluciones pueden clasificarse según su concentración:• DISOLUCIÓN DILUIDA: es aquella en la que hay muy poco soluto
disuelto.• DISOLUCIÓN CONCENTRADA: en la que la proporción de soluto
es considerable.• DISOLUCIÓN SATURADA: es aquella en la que hemos alcanzado
la máxima cantidad de soluto que se puede disolver.
En algunos casos, una disolución puede ser a la vez diluida y saturada, cuando el soluto es realmente poco soluble.
Concentración de una disolución (2)
Hay muchas formas de expresar la concentración: • % en volumen: Es la cantidad de mililitros de soluto que hay disuelto
en 100 ml de disolución.
• % en masa: Es la cantidad de gramos de soluto que encontramos en 100 g de disolución.
• gramos por litro: Es la cantidad de gramos de soluto que encontramos en un litro de disolución.
volumen de soluto% en volumen = ·100volumen de disolucion
masa de soluto% en masa = ·100masa de disolucion
masa de soluto (g)concentracion (g/L) = volumen de disolucion (L)
Preparación de una disolución
SolubilidadLa solubilidad de un soluto en un disolvente es la cantidad máxima de ese soluto que se puede disolver en cierta cantidad de disolvente a esa temperatura.
• Se expresa en gramos de soluto por 100 g de disolvente. También es frecuente indicarla en gramos de soluto por litro de disolución (g/L).
• La solubilidad de una sustancia pura en un determinado disolvente y a una temperatura dada es otra de sus propiedades características.
• La solubilidad de las sustancias sólidas, generalmente aumenta cuando se eleva la temperatura.
• La solubilidad de los gases en los líquidos disminuye el aumentar la temperatura.
La curva de solubilidad es una gráfica que representa la solubilidad de una sustancia en función de la temperatura.
Curvas de solubilidad