Conceptes Fonamentals de Ciència: Matèria, Mètode i Gasos

Ciència: Conceptes Fonamentals

Què és la Ciència?

• Ciència: Conjunt de coneixements sobre el món que s'han aconseguit a partir de l'observació, l'experimentació i el raonament.

Definició de Física

• Física: Ciència que estudia el comportament de la matèria sense que es transformi en una altra substància.

Definició de Química

• Química: Ciència que estudia la composició, les combinacions i les transformacions de les substàncies en altres.

La Matèria i les seves Propietats

La matèria és tot allò que ocupa un lloc a l'espai i té massa (es pot pesar).

Propietats de la Matèria

• Les propietats generals són aquelles que posseeixen totes les substàncies, però no serveixen per identificar-les.
• Les propietats característiques són les que permeten identificar cada substància.

El Mètode Científic: Passos Essencials

El mètode científic és la metodologia que utilitzen els científics per investigar el món que els envolta i comprendre els fenòmens.

Els passos principals són:

1. Observació: Observar els fenòmens i formular preguntes.
2. Elaboració d'hipòtesis: Proposar possibles explicacions (hipòtesis) a les preguntes plantejades.
3. Experimentació: Dissenyar i realitzar experiments per comprovar la validesa de les hipòtesis.
4. Anàlisi de resultats: Analitzar les dades obtingudes, sovint amb l'ajuda d'eines informàtiques.
5. Obtenció de conclusions i formulació de lleis i teories: Extreure conclusions vàlides i formular lleis o teories que permetin fer prediccions.
6. Publicació de resultats: Difondre els resultats i conclusions a la comunitat científica per fomentar el progrés del coneixement.

Teoria Cinètica de la Matèria

• La matèria està formada per partícules que es troben més o menys unides segons el seu estat (sòlid, líquid o gasós).
• Les partícules es mouen amb més o menys llibertat segons l'estat. Com més ràpid es mouen, més alta és la temperatura.

Segons aquesta teoria, els estats de la matèria es caracteritzen per:

Estats de la Matèria: Sòlids

• Les partícules estan molt juntes i ordenades.
• Les forces d'atracció són molt fortes.
• El seu moviment és molt limitat (vibració).
• Posseeixen molt poca energia cinètica.

Estats de la Matèria: Líquids

• Les partícules estan una mica separades i desordenades.
• Les forces d'atracció són més fluixes.
• Es mouen amb més llibertat que els sòlids.
• Posseeixen una energia cinètica moderada.

Estats de la Matèria: Gasos

• Les partícules estan totalment separades.
• Les forces d'atracció són pràcticament nul·les.
• Es mouen lliurement i ocupen tot el volum disponible.
• Posseeixen una energia cinètica elevada.

Com més energia tenen les partícules, més es mouen i més se separen, facilitant els canvis d'estat.

El Zero Absolut: La Temperatura Mínima

El zero absolut és la temperatura teòrica a la qual les partícules deixarien de tenir moviment: -273,15 °C (0 Kelvin).

Lleis dels Gasos Ideals

Llei de Boyle-Mariotte (Temperatura Constant)

Quan un gas experimenta transformacions a temperatura constant, el producte de la pressió pel volum roman constant.

P · V = constant

P₁ · V₁ = P₂ · V₂

Llei de Gay-Lussac (Volum Constant)

Quan un gas experimenta transformacions a volum constant, el quocient entre la pressió i la temperatura roman constant.

P / T = constant

P₁ / T₁ = P₂ / T₂

Llei de Charles-Gay-Lussac (Pressió Constant)

Quan un gas experimenta transformacions a pressió constant, el quocient entre el volum i la temperatura roman constant.

V / T = constant

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Canvis d'Estat de la Matèria

• De sòlid a líquid: fusió.
• De líquid a sòlid: solidificació.
• De líquid a gas: vaporització (inclou ebullició i evaporació).
• De gas a líquid: condensació.
• De sòlid a gas: sublimació.
• De gas a sòlid: sublimació regressiva o cristal·lització.

Les temperatures a les quals es produeixen els canvis d'estat s'anomenen temperatures de fusió i ebullició, i es mantenen constants mentre el canvi d'estat té lloc.

Diferència entre Evaporació i Ebullició

• Evaporació: Pas de líquid a gas que es produeix només a la superfície del líquid, sense necessitat d'arribar a la temperatura d'ebullició.
• Ebullició: Pas de líquid a gas que es produeix en tota la massa del líquid a una temperatura específica (punt d'ebullició).