Explorando la Física: Presión Atmosférica, Leyes de los Gases y Cambios de Estado
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El Aire y la 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.
Conceptos Clave de Presión Atmosférica
- Presión atmosférica estándar: 1 atm = 760 mm Hg
El Experimento de Torricelli
Evangelista Torricelli llenó un tubo de mercurio de 1 metro, tapó un extremo y lo introdujo en una cubeta con mercurio. Al destaparlo, el nivel bajó hasta 760 mm Hg. No descendió completamente porque la presión atmosférica actúa sobre la superficie del mercurio de la cubeta y presiona el mercurio contenido en el tubo, impidiendo que baje más.
Leyes Fundamentales de los Gases
Ley de Boyle
A temperatura constante, el volumen ocupado por una determinada masa de gas es inversamente proporcional a la presión.
Fórmula: P₁V₁ = P₂V₂ (o PV = constante)
Primera Ley de Gay-Lussac
Si la presión de un gas permanece constante, el volumen de una masa fija de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Fórmula: V₁/T₁ = V₂/T₂ (o V/T = constante)
Segunda Ley de Gay-Lussac
Si el volumen de un gas permanece constante, la presión de una masa fija de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Fórmula: P₁/T₁ = P₂/T₂ (o P/T = constante)
Modelo Cinético de los Gases
Este modelo describe el comportamiento de los gases basándose en las siguientes premisas:
- Los gases están formados por un gran número de partículas muy pequeñas.
- Entre partícula y partícula hay vacío.
- Las partículas se mueven continuamente y de forma desordenada.
- Cuando las partículas chocan entre sí o con las paredes del recipiente, ejercen presión.
- La velocidad de las partículas aumenta al elevar la temperatura y disminuye al bajarla.
La Teoría Cinética de la Materia
La materia está formada por partículas que no podemos ver. Estas partículas están en continuo movimiento de manera aleatoria.
Los Cambios de Estado de la Materia
Los estados de la materia (sólido, líquido, gas) pueden transformarse entre sí mediante cambios de estado, definidos por puntos específicos:
Puntos Clave en los Cambios de Estado
- Punto de Fusión: Temperatura a la que un sólido pasa a líquido y viceversa.
- Punto de Ebullición: Temperatura a la que un líquido pasa a estado gaseoso y viceversa.
Explicación de los Cambios de Estado según la Teoría Cinética
Paso de Sólido a Líquido (Fusión)
Cuando la temperatura se eleva, la velocidad de algunas partículas se incrementa lo suficiente como para que puedan romper las fuerzas de atracción que las mantienen en su posición fija, permitiéndoles moverse más libremente.
Paso de Líquido a Gas (Vaporización/Ebullición)
Al elevar la temperatura, la velocidad media de las partículas del líquido aumenta, y cada vez son más las que pueden escapar de la superficie del líquido y pasar al estado gaseoso.
Paso de Sólido a Gas (Sublimación)
Algunas de las partículas que se encuentran en la superficie de ciertas sustancias sólidas tienen energía suficiente para escapar y pasar directamente al estado de vapor sin que el sólido se funda previamente.
Naturaleza de las Sustancias
- Una sustancia pura contiene únicamente un tipo de partículas, que permanecen agrupadas de un modo determinado.
- Las sustancias son distintas entre sí porque están constituidas por partículas diferentes que permanecen agrupadas de modos diversos.
- Las partículas que constituyen las impurezas alteran la estructura de las redes cristalinas (o estructuras moleculares), lo que modifica la energía necesaria para romperlas.