jueves, 15 de diciembre de 2011

Átomos y moléculas.

Los “ladrillos” invisibles
Alrededor del año 400 A.C. Demócrito, un filósofo griego propuso que toda la materia está hecha de partículas llamadas átomos y que el espacio entre ellas está completamente vacío. El vocablo griego “átomo” significa invisible, éstos se presentan ordenados de acuerdo a sus masas atómicas.

La estructura de los materiales se explica por el hecho de que las fuerzas entre algunos átomos son fuertemente atractivas cuando éstos están tan cerca que casi se tocan entre sí. Aun ciertos átomos distintos ejercen fuerzas atractivas entre ellos.


Demócrito y el átomo. http://ciencias3benitojuarez.blogspot.com/2011/11/modelos-atomicos.html

El átomo http://animoteca.blogcindario.com/2006/11/00530-atomo.html

Postulados de la teoría cinética de la materia.

La teoría cinética de la materia pretende explicar la naturaleza de la materia y su comportamiento. 

Un conjunto de moléculas puede presentarse en estado sólido, líquido y gaseoso, dependiendo de la intensidad de las fuerzas intermoleculares y de la energía cinética promedio por molécula, es decir la temperatura.

*En un sólido a temperatura ambiente, todas las moléculas están vibrando alrededor de sus posiciones de equilibrio con energía cinética promedio 3/2kT. Sin embargo, las fuerzas intermoleculares son tan intensas que una molécula necesita mucho más de 3/2kT para quedar libre de su posición de sólido.

Al aumentar la temperatura se alcanza un punto en el cual las moléculas ya no guardan sus posiciones relativas, pero las fuerzas intermoleculares son, todavía, lo suficientemente intensas como para mantenerlas juntas; a esta temperatura se le denomina punto de fusión.  

Partículas de un sólido
*Un líquido es un conjunto de moléculas que se mantienen juntas pero cuyas posiciones relativas no son fijas. En un líquido, es muy difícil que una molécula se separe del resto.

A una temperatura aun más elevada (punto de ebullición), la mayoría de las moléculas adquieren energía suficiente para vencer las fuerzas intermoleculares.

Partículas de un líquido

*Cuando las moléculas muy veloces (muy energéticas) escapan a la superficie se le denomina evaporación. El escape de las moléculas más veloces tenderá a disminuir la energía cinética media, o temperatura, del resto de ella. En consecuencia, para convertir una cierta cantidad de líquido de este estado al estado gaseoso a la misma temperatura, será necesario suministrar una cierta cantidad de calor llamado calor latente de evaporación. La dirección de movimiento de cualquier molécula es aleatoria; en promedio, ninguna dirección se prefiere sobre otra y las moléculas se mueven con una diversidad de velocidades.

video tomado de http://www.youtube.com/watch?v=w5koEDdj7yA y explica la teoría cinética de la materia
Estructura molecular de los estados de la materia. http://tma2011.blogspot.com/2011/01/naturaleza-y-propiedades-de-solidos.html#!/2011/01/naturaleza-y-propiedades-de-solidos.html

Concepto de presión y temperatura en la teoría cinética de la materia.

Temperatura

La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia; es una propiedad de la materia que está relacionada con la distribución de la energía calorífica entre la materia de un cuerpo. La energía cinética promedio depende únicamente de la temperatura del cuerpo. Cuanto más alta sea la temperatura, tanto mayor será la energía cinética de las moléculas.

Por una variación de la temperatura manteniendo constante el volumen del recipiente que contiene el gas:
      · Un aumento de la temperatura aumenta la energía cinética media de las partículas, lo que provoca una mayor velocidad de las mismas y una mayor intensidad en los choques contra las paredes: aumenta la presión del recipiente que contiene el gas.
      · Un enfriamiento disminuirá la energía cinética media y las partículas chocaran con menos intensidad contra las paredes: disminuye la presión del recipiente que contiene el gas.


          Temperatura de un sólido               Temperatura de un líquido         Temperatura de un gas
Presión

Cuando un fluido (líquido o gas) está contenido en un recipiente, el fluido ejerce una fuerza sobre cada elemento de área del recipiente. Un ejemplo, considérese el gas dentro de un globo. Si se continúa soplando aire dentro del globo la presión va aumentando hasta que la fuerza ejercida sobre las pares es tan grande que el hule se rompe. La presión P en un fluido, se define como la fuerza por unidad de área ejercida sobre las paredes del recipiente.

P=F/A
La presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene es debido a los choques que tienen lugar entre las partículas del gas y dichas paredes. La variación de la presión de un gas encerrado en un recipiente puede tener lugar por alguna de estas razones:

Por una variación del volumen que contiene el gas manteniendo constante la temperatura:

      · Si disminuye el volumen, las partículas se concentran y chocan con más frecuencia contra las paredes del recipiente que las contiene: aumenta la presión sobre las paredes del recipiente.

      · Si aumenta el volumen, las partículas se separan, tienen más volumen donde moverse y habrá menos partículas que choquen con las paredes del recipiente que contiene el gas: disminuye la presión del recipiente.

     Presión de un sólido           Presíon de un líquido         Presión de un gas  

video tomado de http://www.youtube.com/watch?v=vabV5HfvfN0 explicando el concepto de presión y temperatura al igual que más rasgos de la teoría cinética de la materia.

Movimiento browniano.

Una partícula suficientemente pequeña como un grano de polen, inmersa en un líquido, presenta un movimiento aleatorio, observado primeramente por el botánico Brown en el siglo XIX. El movimiento browniano pone de manifiesto las fluctuaciones estadísticas que ocurren en un sistema en equilibrio térmico. El movimiento browniano puede explicarse a escala molecular por una serie de colisiones en una dimensión en la cual, pequeñas partículas (denominadas térmicas) experimentan choques con una partícula mayor.

Según la teoría cinética las partículas están en continuo movimiento, el cual se intensifica al aumentar la temperatura. Einstein decía que el comportamiento de movimiento aparente de las partículas suspendidas en el líquido de debía a que eran bombardeadas por partículas invisibles que constituían dicho líquido explicando de esta manera el movimiento browniano.

Robert Brown (1773-1857) descubridor del movimiento browniano. http://www.flickr.com/photos/state-records-nsw/2967848121/

Leyes y enunciado de la Ley General de los gases.


Los gases están formados por un gran número de átomos o moléculas.

Las fuerzas de repulsión molecular son elevadas y las de cohesión nulas.
Las partículas de gas se mueven caóticamente, con gran rapidez  y chocan entre si y también con las paredes del recipiente que las contiene, provocando presión.
El gas llena completamente el recipiente que lo contiene, por lo tanto el volumen será igual al volumen del recipiente.
La presión es el resultado de una fuerza que se crea cuando las partículas del  gas chocan contra las paredes del recipiente.
Gases ideales
Son aquellos en los que consideramos que una molécula no ejerce interacción con otra.
Que al chocar las moléculas, las colisiones son perfectamente elásticas, es decir no hay pérdida de energía en forma de calor.
En su fórmula se considera el número de moles (n), de dicho gas y además la constante universal (R = 0.082 atm*L/mol*K).
 
Ley de Boyle
 En 1643, el científico italiano Evangelista Torricelli (1608-1674), al trabajar con un dispositivo de su invención, posteriormente llamado barómetro, demostró que una columna de gas podía ejercer presión y que ésta podía medirse. Este trabajo atrajo la atención del químico inglés Robert Boyle (1627-1691) y lo motivó a realizar estudios precisos sobre los cambios de volumen de muestras gaseosas causados por variaciones de presión. En 1662 reportó los resultados de sus experimentos llegando a la conclusión de que “el volumen de una cantidad fija de un gas a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión del gas”. Este enunciado se conoce actualmente como la ley de Boyle y puede expresarse matemáticamente  como: 
V1/P 
donde, V y P son respectivamente, el volumen y la presión del gas; tal que, para cambiar el signo de proporcionalidad (α) por uno de igualdad (=), se debe de introducir una constante de proporcionalidad k, con lo cual la expresión queda de la forma siguiente:  V=K1/V
los términos, se obtiene la expresión de la ley de Boyle:  PV=K



Esta expresión implica que siempre que se tenga una cantidad fija de un gas a temperatura constante, el producto de la presión por el volumen siempre será igual a una constante k

                               

Ley de Charles
En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.
“A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta”.
V1 / T1 = V2 / T2


Ley de Gay-Lussac
Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.
Relaciona directamente a la presión (P) con la temperatura (T).
Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:
P/T=K
(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)
P1 / T1 = P2 / T2
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Ley de Dalton de la presiones parciales

En una mezcla de gases, dos o mas gases diferentes están presentes a la vez. Por ejemplo el aire puro es una mezcla en la que aproximadamente 78.1% de las moléculas son de nitrógeno (N2) 21.0% son de oxigeno (O2) y 0.9% son de argón (Ar) con cantidades insignificantes de otros gases. Tratar con tales mezclas es sencillo si es valida la ley propuesta primero por el ingles John Dalton. La ley de Dalton de las presiones parciales establece lo siguiente: la presión total de una mezcla de gases igual a la suma de las presiones parciales de los gases que constituyen la mezcla. La presión parcial de un gas es la presión que este ejercería si estuviera presente solo en el recipiente a la misma temperatura que la mezcla.

Así como las leyes de Boyle y Charles, la ley de Dalton es una consecuencia natural del comportamiento del gas ideal.


ENUNCIADO DE LA LEY GENERAL DE LOS GASES
"Los volúmenes ocupados por una misma masa gaseosa son directamente proporcionales a las temperaturas absolutas correspondientes e inversamente proporcionales a las presiones soportadas"