Física de Gases y Materia: Conceptos, Leyes y Transformaciones

Conceptos Erróneos Comunes sobre Gases y Partículas

• Entre las partículas no hay espacio vacío.
• Los gases no pesan.
• Un gas caliente pesa menos que uno frío.
• Las partículas de un gas encerrado se quedan en el fondo.
• Si un gas encerrado se calienta, sus partículas suben, dejando abajo el espacio vacío.

Teoría Corpuscular de la Materia

1. La materia está constituida por pequeñas partículas.
2. Entre partículas no existe nada, hay vacío.
3. Los corpúsculos están en movimiento continuo en los sólidos, líquidos y gases.
4. Los gases se comportan como si las partículas pudieran moverse libres e independientes unas de otras, ocupando todo el volumen del recipiente.
5. Al aumentar la temperatura (T) de una sustancia, aumenta la energía de sus partículas; en los gases, estas se mueven a mayor velocidad.
6. La presión ejercida por un gas sobre una superficie es el resultado del bombardeo de la superficie por muchas partículas.
7. La difusión de una sustancia se debe al movimiento al azar de las partículas individuales.
8. Las partículas pueden unirse entre sí, dando lugar a un tipo diferente de partícula con propiedades distintas.

Leyes de los Gases

Leyes Parciales

El gas debe ser ideal.

1. Ley de Boyle

   Si se mantiene la temperatura (T) constante (en Kelvin) en un gas, la presión (P) y el volumen (V) permanecen constantes.

   T = constante ⇒ P · V = constante

2. Ley de Charles

   Si la presión (P) es constante, el cociente entre el volumen (V) y la temperatura (T) es constante.

   V / T = constante

3. Ley de Gay-Lussac

   Si el volumen (V) es constante, el cociente entre la presión (P) y la temperatura (T) es constante.

   P / T = constante

Ley General de los Gases Ideales

El producto de la presión (P) por el volumen (V) dividido por la temperatura (T) se mantiene constante:

(P · V) / T = n · R

• R = Constante de los gases ideales: R = 8.31 J/(K·mol) = 0.082 atm·L/(K·mol)
• 1 mol es la cantidad de sustancia que contiene 6.022 x 10²³ partículas (Número de Avogadro).

Ley de Avogadro

Volúmenes iguales de gases diferentes, a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas. Un mol de cualquier gas ideal ocupa 22.4 L en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT).

Cambios de Estado: Ideas Erróneas Comunes

• Son procesos químicos.
• Las sustancias sólidas, líquidas o gaseosas son así por naturaleza.
• Durante un cambio de estado, la temperatura no se mantiene constante.
• Durante el cambio, la masa no se mantiene constante.
• El hielo es más denso que el agua.
• Las nubes son de vapor.
• El agua se evapora a 100ºC.
• En los sólidos, las partículas están inmóviles.

Cambios de Estado: Conceptos Científicos

Diagrama de Cambios de Estado

      Sublimación
Sólido ---------> Gas
  ^               |
  |               v
Solidificación  Condensación
  |               ^
  v               |
Líquido <---------
      Fusión

Los procesos que van de izquierda a derecha (fusión, vaporización, sublimación) necesitan calor (endotérmicos). Los procesos que van de derecha a izquierda (solidificación, condensación, sublimación inversa o deposición) liberan calor (exotérmicos).

Diferencias entre Evaporación y Ebullición

La evaporación es un proceso más lento que se produce en la superficie del líquido y a cualquier temperatura. En cambio, la ebullición es más rápida, ocurre en todo el volumen del líquido y a una temperatura constante (punto de ebullición).

Factores que Influyen en la Evaporación

• Temperatura: A mayor temperatura, mayor evaporación.
• Superficie de exposición: Cuanto mayor sea la superficie, mayor evaporación.
• Presión externa: A mayor presión, menor evaporación.
• Humedad relativa del aire: A menor humedad, mayor evaporación.
• Tipo de líquido: Depende de la volatilidad del líquido.

Factores que Influyen en la Temperatura de Ebullición

• Presión externa: Si la presión sobre el líquido aumenta, la temperatura de ebullición también aumenta, y viceversa.
• Impurezas: La presencia de impurezas puede alterar la temperatura de ebullición. Si la sustancia no es volátil, la temperatura de ebullición puede aumentar; si es volátil, puede disminuir.

Factores que Influyen en la Temperatura de Fusión

• Presión externa: Generalmente, si la presión aumenta, la temperatura de fusión aumenta.
• Anomalía del agua: En el caso del agua, si la presión aumenta, la temperatura de fusión desciende, y viceversa.
• Impurezas: Las impurezas suelen bajar la temperatura de fusión.

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza de empuje vertical hacia arriba, igual al peso del fluido que desaloja.