Magnituds, Estats de la Matèria i Lleis dels Gasos: Guia Completa

Magnituds i Unitats

Una magnitud és qualsevol qualitat de la natura que es pugui mesurar.

Mesura de Magnituds: Unitats

Mesurar és comparar una quantitat d'una magnitud amb una part d'aquesta magnitud que es pren com a unitat.

Símbols de les Unitats

Amper (A), kelvin (K), en honor, respectivament, a André M. Ampère (1775-1836) i a W. Thomson, Lord Kelvin, (1824-1907).

La Matèria i els seus Estats

Matèria és allò que té massa i ocupa un volum.

Massa i Volum

La massa (M) indica la quantitat de matèria que compon un objecte.

El volum (V) és l'espai que ocupa la matèria. En el SI s'expressa en metres cúbics, encara que podem utilitzar altres unitats com el litre i el mil·lilitre.

Densitat

La densitat ens indica quanta massa d'una substància ocupa un volum segons l'expressió:

d = m/V

La densitat té com a unitat del SI el quilogram per metre cúbic (kg/m³).

Canvis d'Estat

Quan es passa de sòlid a líquid i de líquid a gas, s'escalfa, i quan és al revés, es refreda.

• Sòlid a líquid: fusió.
• De líquid a sòlid: solidificació.
• De líquid a gas: vaporització.
• De gas a líquid: condensació.
• De sòlid a gas: sublimació.
• De gas a sòlid: sublimació inversa.

Components dels Gasos

La pressió d'un gas és la força que exerceixen les partícules d'aquest gas per unitat de superfície.

La pressió atmosfèrica es deu al pes de la columna d'aire que hi ha per sobre del punt considerat.

Relació entre Pressió i Volum

Si una massa fixa de gas a una temperatura constant passa d'una pressió P1 a ocupar un Volum1 i una pressió P2 a ocupar un Volum2, es compleix que:

P1 * V1 = P2 * V2

Quan representem gràficament aquesta relació, obtenim una corba hipèrbole, característica de les relacions de proporcionalitat inversa.

Relació entre Temperatura i Volum

Quan augmenta la temperatura, les partícules del gas es mouen cada vegada més ràpidament, van separant-se i, si poden, ocupen cada vegada més espai. És a dir, el gas es dilata.

A pressió constant, el volum d'un gas augmenta quan ho fa la temperatura.

Relació entre Temperatura i Pressió

Si augmentem la temperatura però el recipient que conté el gas és rígid, el gas no es podrà dilatar i les partícules xocaran cada vegada a més velocitat i amb més freqüència contra les parets del recipient, fet que provocarà un augment de la pressió.

Lleis de Charles i Gay-Lussac

1. 1a llei: A pressió constant, el volum d'una quantitat fixa de gas és proporcional a la temperatura (a més temperatura, més volum).

V1/T1 = V2/T2 (T en kelvins)

2a llei: A volum constant, la pressió d'una quantitat fixa de gas és proporcional a la temperatura:

P1/T1 = P2/T2 (T en kelvins)

Llei General dels Gasos

P1 * V1 / T1 = P2 * V2 / T2 (T en kelvins)

Com es produeix un Canvi d'Estat

Els canvis de sòlid a líquid i de líquid a gas es veuen afavorits quan escalfem i disminuïm la pressió, mentre que els canvis de gas a líquid i de líquid a sòlid, quan refredem i augmentem la pressió.

Els canvis d'estat són reversibles, perquè podem passar una substància de sòlid a líquid escalfant-la (o de líquid a gas) i després, passar-la un altre cop a sòlid (o de gas a líquid) refredant-la.

Influència de la Pressió

Si el canvi d'estat té lloc per sobre del nivell del mar, la pressió atmosfèrica és menor. En aquest cas, hi ha menys impediment perquè les partícules s'allunyin del líquid i, en conseqüència, la temperatura de canvi d'estat també serà més petita.

Per exemple, al cim del Teide, a 3718m, la pressió atmosfèrica és de 0,65 atm i la temperatura d'ebullició de l'aigua, 88ºC.

Per contra, si la pressió és més gran, les partícules que formen la substància tindran dificultats per separar-se (ja sigui per fondre's o per vaporitzar-se) i, en conseqüència, la temperatura de canvi d'estat serà més gran.