Conceptos Fundamentales de Física: Reacciones Químicas, Fuerzas y Movimiento

Cambios Físicos y Químicos

Cambio Físico

Un cambio físico es una transformación de una sustancia en la que su naturaleza no cambia. Estos cambios son reversibles, es decir, la sustancia puede volver a su estado inicial.

Cambio Químico

Un cambio químico es una transformación de una o varias sustancias en la que su naturaleza cambia. Estos cambios suelen ser irreversibles, aunque algunos pueden revertirse bajo ciertas condiciones. La sustancia no vuelve a su estado inicial.

Teoría de Colisiones

Para que una reacción química tenga lugar, las moléculas de los reactivos deben chocar entre sí y romper los enlaces que las unen. Para que el choque sea eficaz, se necesita:

• Orientación adecuada
• Energía suficiente

Factores que Influyen en la Velocidad de una Reacción

1. Temperatura: A mayor temperatura, mayor velocidad, más energía, mayor número de choques y mayor probabilidad de que sean eficaces.
2. Estado de agregación: La velocidad de reacción es mayor en gases que en líquidos, y en líquidos mayor que en sólidos.
3. Catalizadores: Son sustancias que aumentan la velocidad de una reacción sin cambiar su naturaleza. También existen catalizadores inhibidores que disminuyen la velocidad de reacción.

Ley de Conservación de la Masa (Ley de Lavoisier)

En una reacción química, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos. Tanto el número de átomos como la masa se conservan en todos los casos.

Fuerza

La fuerza es una acción que, al aplicarla sobre un cuerpo, puede producir dos efectos:

• Estático: Deforma el cuerpo.
• Dinámico: Cambia su estado de reposo (lo frena, acelera o cambia de dirección).

La fuerza es una magnitud vectorial y su unidad en el Sistema Internacional es el Newton (N).

Dinamómetro

El dinamómetro es un aparato que se utiliza para medir fuerzas.

Tipos de Cuerpos

1. Rígidos: No se deforman por la acción de una fuerza (ej. moneda).
2. Elásticos: Se deforman por la acción de una fuerza, pero recuperan su forma original cuando la fuerza desaparece (ej. muelle).
3. Plásticos: Se deforman por la acción de una fuerza y no recuperan su forma original cuando la fuerza desaparece, quedando deformados permanentemente (ej. barro).

Cuerpos en Equilibrio

Un cuerpo está en equilibrio bajo la acción de varias fuerzas concurrentes si la suma total de las fuerzas es cero.

Peso

El peso es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos.

Tensión

La tensión es la fuerza soportada por un cable o cuerda cuando un cuerpo cuelga o tira de ella.

Fuerza Normal

La fuerza normal es la fuerza que ejerce una superficie sobre los cuerpos que están apoyados en ella.

Fuerza de Rozamiento

La fuerza de rozamiento es la fuerza que se opone al movimiento.

Movimiento

Decimos que un cuerpo se mueve cuando cambia de posición al pasar el tiempo. El cuerpo que se mueve se denomina móvil. El movimiento es relativo porque depende del sistema de referencia.

1. Posición: Lugar que ocupa el móvil en un instante.
2. Trayectoria: Línea que describe el móvil en su movimiento.
3. Espacio recorrido: Distancia que recorre el móvil a lo largo de la trayectoria.
4. Desplazamiento: Distancia más corta entre la posición inicial y la final.

Velocidad

La velocidad mide la variación del espacio a lo largo del tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo (m/s).

1. Velocidad instantánea: Es la velocidad que lleva el móvil en un momento concreto.
2. Velocidad media: Es el cociente entre el espacio recorrido y el tiempo empleado en recorrerlo.

Componentes de la Velocidad

• Módulo: Valor o cantidad (ej. 5 m/s).
• Dirección: Camino por el que se desplaza (ej. norte-sur).
• Sentido: Indicado por el destino del movimiento (ej. norte).

Tipos de Movimiento

MRU (Movimiento Rectilíneo Uniforme)

• Trayectoria en línea recta.
• Velocidad constante.
• No hay aceleración.

MRUA (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado)

• Trayectoria en línea recta.
• Aceleración constante.
• La velocidad aumenta o disminuye uniformemente.

Aceleración

La aceleración (a) mide la variación de la velocidad en un tiempo transcurrido.

Reacciones Químicas Comunes

a) Combustión: CxHy + O2 = CO2 + H2O (siempre)

b) Neutralización (ácido/base): ácido + base = sal + H2O

c) Ácido/Metal: ...... + ...... = ...... + H2

d) Reacción de combinación: Óxidos no metálicos + H2O = ácido o OH

Ecuación de los Gases Ideales

P·V = n·R·T

Donde:

• P = Presión
• V = Volumen
• n = Número de moles
• R = Constante de los gases ideales (0.082 atm·L/mol·K)
• T = Temperatura

En condiciones normales (c.n.): T = 0 ºC = 273 K / P = 1 atm