MODELO CINÉTICO CORPUSCULAR SÓLIDOS Y LÍQUIDOS

la mayoría de los niños y algunos adultos tienen idea erróneas sobre los gases; los separan de los líquidos y sólidos porque piensan que no pesan.
Nosotros hemos empezado por los gases porque son elementos con los que se puede explicar más fácilmente el modelo cinético-corpuscular. Algunas de las propiedades que dijimos al principio:
- Se mezclan con facilidad
- Se comprimen
- Pueden hacer fuerza (y mucha)
- Pesan
- Tienen volumen
- Con el calor ocupan más espacio.

¿Los líquidos y los sólidos tienen esas mismas características?
- ¿Los líquidos se mezclan fácilmente? algunos sí y algunos no: aceite y agua no se mezclan, aceite de oliva y aceite de palma sí. Dependen del tipo de líquidos que se quieran mezclar. Tiene que ser líquidos miscibles.
- Los sólidos no se mezclan con facilidad.
- ¿Los líquidos/ sólidos se comprimen? No se pueden comprimir. (los líquidos se pueden comprimir muy poco)
- ¿Pueden hacer fuerza los líquidos/sólidos? Sí
- ¿Pesan? sí.
- ¿Tienen volumen? Sí
- ¿Con el calor ocupan más espacio? Los líquidos sí* y los sólidos sí
*Hay que demostrarlo.

Para poder poner a prueba todo esto intentaremos aplicar el modelo cinético corpuscular ya que debería poder explicar los cambios de estado y las diferencias entre gases, líquidos y sólidos.

Los gases habíamos dicho que eran pequeñas partículas muy separadas entre sí (por eso lo podemos comprimir) que siempre están en movimiento.
Si hemos dicho que los líquidos no se pueden comprimir ¿Por qué? Porque las partículas están más juntas y en movimiento.
Si los líquidos se pueden mezclar es porque tienen que haber pequeñas separaciones entre las partículas para que se puedan meter otras moléculas. Estas pequeñas separaciones es lo que permite también que los líquidos adopten la forma del recipiente que los contiene.

En conclusión las moléculas de los líquidos están mucho más juntas que la de los gases pero hay pequeños espacios que permiten que se mezclen.

Las moléculas de los sólidos han de estar más juntas aún que la de los líquidos por eso no se pueden comprimir y tampoco mezclar porque no hay espacio entre ellas para que entre otras moléculas. Las moléculas de los sólidos también están en movimiento a pesar de estar tan juntas, pero su movimiento es en forma de vibración.

Si hay moléculas ya tienen volumen y masa.

A1. Pensad en materiales conocidos que se presenten en los diferentes estados. Indicad qué debe ocurrir para que se produzca el cambio.

Agua:
LÍQUIDO - SÓLIDO: si queremos que la velocidad de las moléculas disminuya debemos bajar la temperatura para que el movimiento disminuya y las moléculas se empiezan a juntar. Las moléculas se reorganizan pero el agua es un caso especial, porque las moléculas se reorganizan de forma en que se agrupan dejando espacios de vacío en medio, por ello ocupa más espacio cuando está en estado sólido.
Aceite--> El aceite cuando se baja la temperatura se reorganizan en la estructura normal de los sólidos en los que las moléculas están muy juntas entre sí, no dejan ningún vacío.

SÓLIDO - LÍQUIDO: Para pasar de sólido a líquido se ha de aumentar la temperatura para que las moléculas empiecen a tener más movimiento de tal forma que van rompiendo los enlaces que habían entre ellas. Las que primero se separan son las moléculas que tienen menos enlaces, es decir, las externas porque su aumento de vibración hace que se suelten.

LÍQUIDO - GAS: Como queremos que las partículas sigan separándose hemos de aumentar la temperatura. Las partículas que están en la superficie tienen tanta energía que logran escapar de los enlaces que hay porque su movimiento es mayor, es lo que pasa constantemente en los ríos, mares... este proceso se llama evaporación, no hace falta que aumente la temperatura.
Lógicamente donde más evaporación hay es en las zonas cálidas porque hay mayor temperatura y hace que los movimientos de las moléculas sea mayor, que aumente la energía y escape más fácilmente. Por lo tanto no hace falta que haya temperatura de ebullición para que se rompan los enlaces. Lo diferencia entre ebullición y la evaporación es que en la evaporación solo escapan las partículas de la superficie y en la ebullición puede escapar cualquiera de las moléculas del líquido.

Todos los elementos nos lo podemos encontrar en los tres estados, todo depende de la velocidad de sus moléculas.

Ejemplo: el aluminio nos lo podemos encontrar en estado líquido a 660º y en estado gaseoso a 2400º.

A2. Señala las principales diferencias en el comportamiento de una sustancia cuando pasa de gas a líquido y de líquido a sólido.
Partimos del estado gaseoso, para pasar a estado líquido se aumenta la temperatura para que disminuya la velocidad de las partículas haciendo también que la distancia entre ellas también disminuya. Al estar más cerca se crean unos enlaces entre ellas, es lo que hace que nos encontremos los líquidos juntos, cohesionados, Son enlaces mucho más fuertes que la de los gases y más débiles que la de los sólidos. Para pasar de líquido a sólido se baja aún más la temperatura para ue la velocidad de las partículas sea aún menor llegando a convertirse en simple vibración, la partículas se juntan más creando enlaces tan fuertes que si queremos separarlos debemos romper el elemento.

Hay sólidos que al aumentar la temperatura aumenta tanto el movimiento y la energía de las moléculas que pasan directamente a estado gaseoso. Este proceso se llama Sublimación

CAMBIOS DE PRESIÓN

El número de moléculas es menor a mayor altura, esto implica que también hay menos partículas de aire, de ahí que cueste respirar cuando se sube montañas

. 

Por lo tanto se ejerce más fuerza a nivel del mar porque al haber más partículas hay más choques, habiendo por lo tanto más presión a nivel del mar que a 3000 metros de altura. 

Si ponemos una cubeta de mercurio lo que pasará a 3000 metros es que bajará más debido a que la presión de fuera es menor, porque puede salir más líquido. 

Una botella de agua medio vacía tiene la misma cantidad de aire dentro que fuera a nivel del mar, sin embargo si nos vamos con la misma botella a una altura de 2000 metro por ejemplo, la botella se hincha debido a que dentro de la botella hay más partículas que fuera por la altura en la que nos encontramos. Sin embargo si yo la abro las partículas se igualan disminuyendo el número de partículas de dentro de la botella. Cuando volvemos a bajar la botella se "chafa" porque anteriormente hemos hecho disminuir las partículas de dentro y fuera, como ya estamos a nivel de mar, hay más partículas, por lo tanto más choques, lo que hace chocar con la botella haciendo que se chafe. 

¿Por qué podemos beber a través de una pajita?

Podemos beber a través de una pajita debido a que el aire ejerce presión sobre la superficie del líquido que queremos beber. Al absorber el aire por la pajita el agua sube porque se deja de ejercer presión en ese trozo de líquido.

Por el mismo motivo no podemos beber con una pajita en la luna, porque al no haber atmósfera no habrán gases que ejerzan presión tal y como pasa en la Tierra.


Si ponemos en el agujero de un matraz un globo y calentamos el recipiente lo que pasará es que su estado normal las partículas se mueven a la misma velocidad de las que están fuera del recipiente. Si éste se calienta, las partículas empezarán a moverse más rápidamente lo que hace que el globo se hinche.

Si en vez de un globo, ponemos tres en tres aberturas diferentes pasará lo mismo que si ponemos uno, a pesar de que en un principio se hinchará menos.

A mayor velocidad, mayor presión

Tema 3. ¿Cómo son los materiales por dentro? parte II

Partiremos de la hipótesis que exite una estructura común para todas las cosas. Emoezaremos pensando en los gases, ya qie todos son más parecidos entre ellos que los sólidos y los líquidos. 

A1. Enumera diversos gases y escribe propiedades comunes que tengan. 
- Ocupan un volumen (todo del que puedan disponer)
- Tienen masa y peso
- Densidad varía con la temperatura
- Se pueden comprimir
- Se mezclan fácilmente
- Hace fuerza
- No se ven generalmente
- Se dilatan al calentarse
- Ejerce fuerza sobre el recipiente que los contiene
Esto son propiedades macroscópicas. Todo ello hay que ponerlo a prueba

Tema 3. Sesión 3

En la sesión anterior llenamos una botella de 5 litros con aire a través de un inflador, para así poder pesar el aire.

Densidad aire= 1.20 kg/m3
Densidad aire= 0.0012g/cm3
Vol. Botella= 5 litros = 5dm3= 5000 cm3
masa aire= 6.9 gr.
Densidad = m/vol               Vol= m/densidad =>      Vol= 6.9 gr/ 0.0012 g/cm3 =
Volumen= 5750 cm3 por lo tanto hemos metido más volumen de aire que el que puede tener la botella en líquido.


Materiales ligeros y materiales pesados

A15. Se tienen dos objetos A y B de tamaño distintos y hechos con materiales diferentes ¿Cómo podríamos determinar cuál de los dos materiales es más ligero?
El cociente entre la masa de un objeto y su volumen (m/V) es útil para operativizar la propiedad de los cuerpos que vulgarmente se llama "ligereza" o "pesadez" y que científicamente se llama densidad. 

A16. ¿Qué crees que pesa más, una persona de 85 Kg o el aire que hay en el aula? (la densidad del aire a 20ºC es de 1.20 Kg/m3)
Vol aula= 345000 litros = 345 m3
densidad= m/V  => m= d * V   => m= 1.20 Kg/m3 * 345 m3 => m= 414 Kg. 
Vemos que el aire pesa mucho más que una persona de 85 Kg.


IDEA IMPORTANTE= La densidad es una propiedad común en todos los materiales pero es una característica diferenciadora.

A17. ¿Qué efecto tendrá esto en las cavidades llenas de agua? ¿Alguna vez te ha ocurrido en casa algo parecido?
La cantidad de materia es invariable pero el volumen aumenta al aumentar la temperatura. Al aumentar el volumen la densidad disminuye. Sin embargo, sabemos que cuando algunos materiales se enfrían se contraen y ocuoan menos volumen (menos el agua que aumenta su tamaño)
El agua tiene un comportamiento extraordinario ya que el agua sólida es menos densa que el agua líquida. El hielo a 0ºC tiene una densidad de 917 Kg/ m3

A18. Para que un fluido flote sobre otro es necesario que el primero sea menos denso. Sin embargo los globos aerostáticos utilizan aire y se elevan en él ¿Cómo es posible?
Para poder flotar tiene que ser menos denso que el material sobre el que flota.
Lo que ocurre con los globos aerostáticos es que al calentar el aire se aumenta el volumen y por lo tanto se disminuye la densidad,


Densidad agua= 1g/cm3
Densidad aceite = 0.92 g/cm3
Densidad etanol= 0.79 g/cm3

Como el aceite es más ligero que el agua no se mezcla, flota sobre el agua. Como está la barrera del aceite el alcohol y el agua no se mezclan.

Tema 3. Sesión 2

A parte del peso y la masa, otra característica común a todos los objetos es el volumen.

A8. Un trozo de un material se coloca en la superficie de la Tierra de la Luna y de Júpiter ¿Qué podemos decir de su peso y de la "cantidad de materia" que tiene en cada sitio?
Podríamos decir que la cantidad de materia sería la misma pero que el peso variaría ya que en cada superficie la superficie gravitacional es diferente.
Pesaría mucho más en Júpiter porque la fuerza de gravedad de dicho planeta es mucho mayor que el de la Tierra, por lo tanto una silla en Júpiter sería mucho más pesada.
En la Luna sin embargo como la fuerza de gravedad es menor los objetos pesarían unas 6 veces menos de lo que pesa en la Tierra.

El estiramiento no se debe a una propiedad intrínseca del objeto ya que depende del lugar donde se encuentre, es decir el peso de un objeto depende del lugar donde se encuentre.

La masa no es una fuerza, es la cantidad de materia que tiene un material y la cual se mide en Kilos, no en newtons. 1 Kilo es un criterio arbitrario. Lo que pretendemos es comparar la masa de un objeto con una cantidad conocida, como es en este caso el Kilo.

IMPORTANTE: Newton unidad de fuerza no de masa.

La fuerza de la gravedad se mide en Newtons/Kilo 


A9. ¿Qué pesará un astronauta de 70 Kg en la Tierra, en la Luna y en Júpiter? ¿Que masa tendrá en cada lugar?
DATO: La fuerza con que un planeta atrae un 1Kg de masa es una constante que se conoce con el nombre de Fuerza de gravedad

En la Tierra 1Kg es atraído con una fuerza de 9.8 N  
 9.8Newtons / 1 Kg = x N/ / 70 Kg  --> x= 9.8 N * 70 Kg / 1 Kg= 686 Newtons de peso, 70 Kg

En la Luna 1Kg es atraído con una fuerza de 1. N
1.6 N / 1 Kg = xN /70 Kg --> x= 70Kg * 1.6 N / 1Kg= 112 Newtons de peso. 70 Kg de masa

En Júpiter 1 Kg es atraído con una fuerza de 25.9 N 
25.9 N / 1Kg = XN / 70 Kg --> x= 70 Kg * 25.9 N/ 1Kg = 1813 Newtons de peso. 70 Kg de masa


A10. Un astronaita va alehándose de la sueperficie terrestre ¿Cuándo dejará de pesar?
Nunca dejará de pesar porque siempre hay una fuerza de gravedad que lo atraiga.

A11. Analizar en qué medida las propiedades que hemos estudiado en el apartado anterior (volumen, masa y peso) so son también de los gases. Exponed argumentos y ejemplos que apoyen vuestras opiniones. 

¿Qué pasa si metemos mucha más cantidad de aire en un recipiente cualquiera como una garrada de agua? Habrá más aire dentro que fuera. Después de introducirle aire a la garrafa con un inflador, tiene una 94.1 gr +- 1gr, después de sacarle el aire introducido tiene una masa de 87.2 gr +- 1gr
Esto comprueba que tiene volumen, porque ocupa un espacio, y masa porque se hincha y pesa más.

A14. Describe el uso de lgún material que se utiliza porque es "ligero" y otro porque es "pesado"? 
¿Qué pesa más la madero o el hierro?
Nos imaginamos que tenemos dos bloques exactamente iguales, uno de madera y otro de hierro. Para saber cual pesa más tenemos que pesarlo y así averiguarlo, en este caso el hierro pesa más. Si ponemos un trozo de madera más grande y los pesamos vemos que ahora es el trozo de madera el que pesa más debido a que hay más cantidad de madera.

Densidad= cantidad de materia (masa) / volumen

Por lo tanto vemos que el hierro tiene una densidad mayor, propiedad diferenciadora de los materiales

Tema 3 ¿Cómo son los materiales por dentro?

¿Cuál es la estructura de todas las cosas? ¿Cómo podemos clasificar la materia?

A1. Nombrar objetos, materiales o sustancias que parezcan muy diferentes. Trata de encontrar algunas propiedades comunes a todos los objetos o sustancias nombrados.

25 Sólidos – 4 líquidos – 2 gases PROPIEDADES COMUNES:

  Ocupan un espacio (volumen)

 Pesan (tienen masa)

A4. ¿El volumen de un objeto es siempre el mismo o puede variar?

Todos los elementos, menos el agua, cuando se congelan su volumen disminuyen, el agua es diferente porque aumenta. Esto demuestra que el volumen de un objeto no siempre es el mismo, puede variar. 

Si nos fijamos en las vías del tren, la vía está separada cada cierto periodo ya que sufre cambios de volumen por el efecto del calor, es decir, cuando hace calor se dilata. Esto también lo vemos en las ventanas de la universidad en las que hay juntas de dilatación, por ejemplo, o en los puentes. Las separaciones en sí, es diferente dependiendo del material del que estén hechos los objetos. 

IDEA IMPORTANTE: 

Todos los materiales tienen dos propiedades comunes: Volumen y masa. 

El volumen varía. 

¿ QUÉ ES EL PESO? ¿CÓMO SE MIDE?

A5. ¿De qué crees que depende el estiramiento de un muelle al colgarle un peso?

Al ponerle un peso el muelle se estira porque se ejerce un peso sobre él. Vamos poniendo pequeñas pesas del mismo peso y conforme vamos añadiendo una vamos viendo que su estiramiento es proporcional: si le pongo 2 pesos iguales se estira el doble que su forma inicial, si le pongo 3, se estira el triple. 

También hay que tener en cuenta la constante elástica, que es la capacidad del muelle para estirarse. Por lo tanto los factores que influyen son la fuerza que se ejerce y la constante de elasticidad:

Distancia que se estira= Fuerza / Constante de elasticidad

El peso es una unidad de fuerza por lo tanto se mide en Newtons. El peso es una propiedad variable y depende de la fuerza que ejerce un cuerpo sobre otro.

La masa es la cantidad de materia que tiene un objeto y es una propiedad invariable.

Supuesto: ¿La Tierra atrae a los objetos? Sí, la Tierra ejerce una fuerza sobre los objetos hacia el interior de la Tierra. Para levantar un objeto debemos hacer la misma fuerza o una superior a la que ejerce la Tierra.

¿De qué depende el peso de un objeto? De la fuerza de la gravedad (lo que estira de nosotros hacia el centro de la Tierra) y de la masa que tiene el objeto (más cantidad de masa --> más peso)
Si levanto una silla y un teclado, la fuerza de gravedad que se ejerce sobre los dos objetos es la misma pero la masa es diferente por lo que el que tenga más masa, en este caso la silla, pesa más.
Si me llevo una silla a la luna, la masa es la misma pero la fuerza de la gravedad es diferente por lo tanto el peso es distinto.

Todos los objetos tienen fuerza de atracción pero al tener tan poca masa dicha fuerza es muy pequeña.