Conceptos Fundamentales de la Ciencia: Materia, Propiedades y Leyes de los Gases

Fundamentos de la Ciencia y la Materia

Definiciones Fundamentales

La Ciencia se define como un conjunto de conocimientos sobre el mundo obtenidos mediante la observación, experimentación y el razonamiento.

• Física: Es la ciencia que estudia cualquier cambio en la materia en el que no se altera su naturaleza.
• Química: Es la ciencia que estudia la composición y las combinaciones de las sustancias, así como las transformaciones que afectan a su naturaleza.

La Materia y sus Propiedades

La Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. Sus propiedades se clasifican en:

Propiedades Generales

Son aquellas cuyo valor no sirve para identificar una sustancia. Son: Masa, volumen y temperatura.

Propiedades Características

Son aquellas que tienen un valor específico para cada sustancia, permitiendo su identificación:

• Densidad: Magnitud que mide la cantidad de masa por unidad de volumen. Fórmula: d = m/v.
• Dureza: Determina la resistencia de una sustancia a ser rayada (ejemplos: diamante y talco).
• Solubilidad en agua: Mide la masa de una sustancia que se puede disolver en 100 gramos de agua.
• Conductividad Eléctrica: Mide la capacidad de una sustancia para transmitir una corriente eléctrica.

Estados de la Materia y Leyes de los Gases

Estados Físicos de la Materia

A continuación, se describen las características de los tres estados fundamentales:

• Sólido: Forma constante, volumen constante, no se expanden, no se comprimen (ejemplos: hielo, azúcar, mármol).
• Líquido: Forma variable, volumen constante, no se expanden, no se comprimen (ejemplos: agua, aceite, alcohol).
• Gaseoso: Forma variable, volumen variable, se expanden, se comprimen (ejemplos: aire, vapor de agua).

Teoría Cinética de los Gases

Esta teoría postula que los gases:

1. Están formados por partículas muy pequeñas y separadas unas de otras que se mueven libremente.
2. Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene.
3. Ejercen presión sobre las paredes del recipiente que los contiene.
4. Cuanto más rápido se mueven las partículas de gas, mayor es la temperatura.

Leyes Fundamentales de los Gases

Ley de Boyle-Mariotte

Establece que, a temperatura constante, la presión y el volumen de un gas son inversamente proporcionales:

P · V = cte ; P₁ · V₁ = P₂ · V₂

A mayor volumen, menor presión, y cuando disminuye el volumen, aumenta la presión.

Ley de Gay-Lussac

Establece que, a volumen constante, la presión y la temperatura absoluta de un gas son directamente proporcionales:

P / T = cte ; P₁ / T₁ = P₂ / T₂

Al aumentar la temperatura, también aumenta la presión, y si disminuye la temperatura, también lo hace la presión.

Ley de Charles

Establece que, manteniendo la presión constante, el volumen y la temperatura absoluta de un gas son magnitudes directamente proporcionales:

V / T = cte ; V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Estructura Interna de la Materia

Estructura Interna de los Sólidos

Los sólidos no se expanden ni se comprimen, y tienen forma y volumen constante. Cuando la materia está en estado sólido, las partículas están unidas formando una estructura rígida. En la densidad de los sólidos, las partículas están muy juntas y ocupan poco volumen.

Estructura Interna de los Líquidos y Gases

En el estado líquido, la unión entre sus partículas es débil; se deslizan una bajo la otra y su estructura no es rígida. Los líquidos no se expanden y se comprimen con dificultad, tienen volumen constante y forma variable. Su densidad es menor que la de los sólidos porque las partículas están menos agrupadas y ocupan más volumen.

En el estado gaseoso, las partículas están aisladas y tienen mayor libertad para moverse, lo que hace que ocupen todo el espacio del recipiente. Presentan la menor densidad, ya que sus partículas están más separadas, ocupando el volumen máximo. Los gases se expanden y tienen forma y volumen variable.