¿Es extensible este modelo cinético-corpuscular a líquidos y sólidos?

A.9. Considerad las propiedades de los gases estudiadas en el apartado 1.1 y decidid en qué medida lo son también de líquidos y sólidos.

·         Gases

o   Se mezclan con facilidad (se difunden)

o   Se comprimen

o   Pueden hacer fuerza (y mucha)

o   Pesan

o   Tienen volumen

o   Con el calor, ocupan más espacio

*Nota: aumentará el volumen si el recipiente que lo contiene es movible, si no es así, lo que ejercerá será más fuerza

·         Líquidos

o   Algunos si y algunos no se mezclan con facilidad: agua-aceite à NO, agua-alcoholà SÍ.

o   NO podemos comprimirlos nosotros, pero con una prensa si se podría un poco.

o   SI hacer fuerza

o   SÍ pesan

o   SÍ tienen volumen

o   Con el calor, NO ocupan espacio

·         Sólidos

o   NO son miscibles

o   NO se pueden comprimir (ej: roca)

o   SÍ hacen fuerza

o   SÍ pesan

o   SÍ tienen volumen

o   Con el calor, SÍ ocupan espacio

A. 10. Citad ejemplos de materiales conocidos que se presenten en diferentes estados (gases, líquido, sólido) Indicad qué debe ocurrir para que se produzca el cambio.

Un ejemplo es el agua, desde el estado sólido, al líquido y al gaseoso conforme la vamos calentando. Pero existen otros, como:

            - Alcohol: pto. Fusión: -114 ºC // pto. Ebullición: 78 ºC

            - Aluminio: pto. Fusión: 660 ºC // pto. Ebullición: 2400 ºC

El agua: la podemos encontrar en los tres estados, destacando que en los líquidos las partículas se mueven mientras que en los sólidos están prácticamente pegadas, por lo que al disminuir la temperatura, los choques en los sólidos son muchos menos y se pueden mover muy poco.

• Si metemos en un matraz hielo y un termómetro, vemos que al darle calor, al inicio las partículas vibran y están muy juntas. A medida que va subiendo la temperatura las moléculas comienzan a chocar mucho más y empiezan a escapar muchas partículas hasta que se convierten en gas.

Por otro lado, si los líquidos se pueden mezclar deberán poder meterse otras partículas en el líquido inicial (ej: agua-alcohol). Por ello, los líquidos deben tener mayor separación que los sólidos pues los líquidos sí son miscibles.

En cuanto a los sólidos, no se podrán ni comprimir ni mezclar pues sus partículas están prácticamente pegadas.

            A.11. Señala las principales diferencias en el comportamiento de una sustancia cuando pasa de gas a líquido y de líquido a sólido.

- De gas a líquido à se disminuye la velocidad de las partículas, por ello, se producen menos choques y la distancia entre ellas son menores, creando enlaces.

- De líquido a sólido à la velocidad disminuye, consiguiendo que la distancia entre ellas sea mucho menor encontrándose cohesionadas. Las partículas están juntas.

            A.12. Partiendo del modelo cinético corpuscular y teniendo en cuenta las diferencias de comportamiento señaladas, explicad, a modo de hipótesis, qué sucede cuando un gas se convierte en líquido y éste en sólido.

Estado gaseoso

Estado líquido

- De gas a líquido ➜ como vemos en la primera imagen, las partículas están en constante movimiento, ocupando todo el espacio y produciéndose choques entre ellas y contra las paredes. Para conseguir llegar al estado líquido, bastaría con disminuir la temperatura para conseguir así que los choques entre ellas sean mucho menores, acercándose unas a otras.

Estado líquido

Estado sólido

- De líquido a sólido ➜ como vemos en la primera imagen, las partículas están más separadas debido a la disminución de la temperatura. Sin embargo, para conseguir pasar del estado líquido a sólido, la temperatura deberá disminuir todavía más, consiguiendo así que las partículas estén totalmente pegadas.

Estados de la materia

            A.13. Explica por qué quedan herméticamente cerrados los botes llenos de mermelada cuando, tras calentarlos “al baño María”, se cierran y se guardan en la nevera. Explicad también el sonido que se oye al intentar abrir de nuevo los botes para su consumo.

Cuando nosotros calentamos un bote, sin cerrarlo muy fuerte, nos encontramos con las moléculas de arriba escapando por la tapa. Es así como el que aire del exterior ejerce una mayor presión en el bote, siendo así tan difícil de abrir debido a la fuerza que ejercen las partículas de fuera hacia dentro.

Es por ello por lo que al meter en la nevera los botes cerrados herméticamente, se producen un cambio en la velocidad de las partículas pues pasan de estar moviéndose muy rápidamente a disminuir su velocidad. En cuanto al sonido que oímos cuando intentamos abrir el bote esto se produce por lo explicado anteriormente en relación a la fuerza que ejercen las partículas de fuera a dentro.

            A.14. Realiza una síntesis del modelo cinético corpuscular de la materia (tanto para gases como para líquidos y sólidos) y una tabla donde se expliquen, a partir del modelo, algunas de las propiedades de líquidos y sólidos.

Por todo lo anterior, podemos decir que el Modelo Cinético-corpuscular es el encargado de explicar la estructura común de los materiales. Además a modo de síntesis, decimos que todos los materiales están formados por partículas muy pequeñas en constante movimiento y que están más o menos separadas dependiendo del estado en el que se encuentre (sólido, líquido y gaseoso).

MÁS ACTIVIDADES SOBRE EL MODELO

• ¿Por qué haría más calor en la planta de arriba de la facultad? 

Tenemos una salida de aire acondicionado y el aire que está a temperatura ambiente, las moléculas están mucho más juntas. La densidad del aire frío tendrá más partículas y por tanto tendrá una densidad mayor y el caliente menor porque las partículas chocan a mayor velocidad y por tanto se separan más.

•  Globo aerostático

     Cuando se calienta, el aire que hay dentro del globo es menos denso porque las partículas están más separadas que fuera. De todas formas, el aire, puede salir un poco por abajo aunque la densidad no cambia.

•  Experimento de Torricelli: 

     Torricelli llenó de mercurio un tubo de 1 metro de largo, (cerrado por uno de los extremos) y lo invirtió sobre una cubeta llena de mercurio, de inmediato la columna de mercurio bajó varios centímetros, permaneciendo estática a unos 76 cm (760 mm) de altura ya que en esta influía la presión atmosférica. Como según se observa la presión era directamente proporcional a la altura de la columna de mercurio (Hg), se adoptó como medida de la presión el mm (milímetro) de mercurio.

Torricelli llegó a la conclusión de que la columna de mercurio caía debido a que la presión atmosférica ejercida sobre la superficie del mercurio era capaz de equilibrar la presión ejercida por su peso.

          760 mmHg = 1 atm

          1 atm = 1.013 mbar o hPa

          1 mbar o hPa = 0,7502467 mmHg

• En la montaña (Torricelli)

La densidad de aire a mayor altura es menor cuando se empieza a subir a partir de 3.000/4.000 m, por lo que hay menos moléculas de oxígeno.

¿Dónde ejercerán más fuerzas las partículas? A nivel del mar porque hay más choques al haber más partículas, por tanto la presión será mayor a nivel del mar.

• Botella de agua

Dentro de ella cerrada tenemos agua y aire, ahora nos imaginamos en la base de Aitana y, ¿qué pasará? ¿dónde habrá más moléculas de aire? 

Habrá más dentro y si abro la botella, bebo agua y la cierro, dentro de ella habrá moléculas de la montaña en la cual hay menor número de moléculas por lo que al tener ese aire tendremos menos moléculas y por tanto los choques de dentro serán menor que los de fuera y  podrán arrugar la botella.

• Botella en el diutifri

Compramos una botella en el diutifri del aeropuerto y bebemos antes de subir al avión. Cuando el avión ha alcanzado una altura (inciso: la cabina está presurizada y no es la misma presión que encontramos al nivel del mar) y abrimos la botella, la botella se ha hinchado. Cuando llegas al destino, la botella está totalmente arrugada. 

• Balón de playa/botella coche

Llevamos un balón a la playa y lo metemos hinchado en el maletero. El balón al sacarlo está muy hinchado debido al calor. Al igual que la botella que tenemos en un coche mucho tiempo. Vemos que la botella está hinchada porque al aumentar la temperatura aumentan los choques contra las paredes.

MCINÉTICO-CORPUSCULAR_II

A.24. Del matraz de la figura, que contiene aire, se extrae parte del contenido con una jeringa. Suponiendo que las partículas se pudieran “ver”, representad cómo se “vería” el aire antes y después de haber extraído parte del mismo. ¿Y si se hubiera extraído todo?

Acoplamos una jeringa y sacamos parte del aire de dentro, poniendo una especie de llave para que no pueda salir más aire.

¿Cómo estarían las moléculas?

1. Las partículas están equilibradas entre las que encontramos fuera y dentro.

2. Si extraemos con la jeringa, se rompe el equilibrio y por tanto fuera existe el mismo número de partículas fuera, pero no el mismo dentro.

Vaso de agua con una caña

Cuando aspiramos quitamos el aire de la caña y por ello el agua puede subir. Al principio el aire estaría en la superficie del vaso y en la cañita también, teniendo el mismo número de partículas dentro que fuera. El aire de dentro de la caña golpea contra las paredes y además sobre el agua.

Cuando aspiramos, introducimos las moléculas en nuestros pulmones y por tanto en la parte que sale del agua en la cañita no quedarían partículas. Por ello, cuando la parte de arriba queda sin aire, actúa como una presa y el agua que queda abajo comienza a escapar por la caña.

            A.25. Si calentamos el matraz de la figura a) ¿Qué crees que le pasará al globo? Explica por qué. ¿Y en el caso de la figura b)?

Antes de calentarlo tenemos el mismo número de partículas dentro que fuera y a la misma temperatura. Cuando lo calientas, hay el mismo número de partículas pero hay muchos más choques y más violentos y se separan más entre ellas y como el número de choques es mayor dentro que fuera por la temperatura, el globo se hincha.

Si se reparte entre tres, inicialmente se hincharán menos aunque, si seguimos calentando se llegarán a hinchar más.

            A.26. Indicar de qué factores dependerá la presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente donde se encuentra. Poner ejemplos de la vida diaria en los que se aumente la presión variando alguno de los factores citados.

• - A mayor velocidad, más presión. La presión dependerá de la temperatura y de la cantidad de partículas.

• - Ejemplos: hinchar una rueda, cuando subimos a dos compañeras, una botella de butano

Duda: Olla exprés à están los alimentos y el aire. Cuando se calienta el aire, aumenta el número de choques (aumenta la presión) además de chocar también con el agua. El agua hierve en una olla normal a 100º sin embargo en la olla exprés no.

Cuando nos cuesta abrirla es porque todavía no ha alcanzado la temperatura de fuera. Cuando se iguala la temperatura, no cuesta abrirla.

            A.27. Teniendo en cuenta el aire que nos rodea, explica los siguientes fenómenos:

            a) Por qué hay que ejercer fuerza para despegar una ventosa de una pared.

Cuando en un primer momento ponemos una ventosa en la pared sin apretar, la ventosa se caería, sin embargo, cuando apretamos la ventosa en el interior hay muchas menos partículas que en el interior saliendo por sus lados. Es por ello por lo que son las partículas de fuera las que hacen fuerza hacia la ventosa y por eso se sostiene.

            A.28. Completa la tabla/resumen sobre el modelo cinético-corpuscular de los gases.

Propiedad (descripción macroscópica)	Explicación (descripción microscópica)
Se difunden	Las partículas son tan pequeñas que si se encuentran moviéndose con velocidad, podemos decir que el gas se expanda.
Se comprimen “fácilmente”	Como el tamaño de las partículas es tan pequeño, podemos decir que entre ellas existen vacíos. Por ello, las partículas se aproximarían unas a otras.
Al aumentar la temperatura, aumenta el volumen si la presión es constante	Al calentar un gas, las partículas comienzan a ha moverse más rápido y por tanto los choques son mucho más violentos por lo que el gas empujará a las paredes del recipiente aumentando así su volumen si la presión es constante.
Al aumentar la temperatura, aumenta la presión si el volumen es constante	Cuando el recipiente que podemos utilizar es dura y no puede cambiar su forma, los choques contra las paredes serán más numerosos y más violentos, por tanto la presión del gas aumentará.

            A.29. Explicad el funcionamiento de una cafetera a partir del modelo corpuscular de la materia.

- Hipótesis: cuando el agua llegué a hervir, subirá por el tubo hasta pasar a la parte del café y conseguir así el líquido, llegando a salir por el agujero cuanto más aumenta la temperatura.

- Explicación: cuando ponemos la cafetera al fuego, en la parte de abajo de la cafetera tenemos aire y agua. A medida que se va aumentando la temperatura, las partículas del aire comienzan a chocar entre ellas y contras las paredes y el agua a mayor velocidad. En el momento en el que la presión sea muy grande, el agua se moverá cada vez más rápido y subirá a por el cono a la parte del café, mezclándose con los granos de café (formando así la bebida) y subiendo por el otro cono para salir por la boquilla.

MODELO CINÉTICO-CORPUSCULAR

      ®    ¿Y por qué no se cae una ventosa?

Antes de apretar la ventosa, nos encontramos con el mismo número de partículas dentro que fuera por lo que si soltásemos se caería, sin embargo, cuando apretamos una ventosa lo que sucede dentro es que al presionar sale por los lados y dentro quedará algún molécula pero muchas menos que fuera por lo que lo que aguanta la ventosa son los choques de fuera hacia ella.

MODELO CINÉTICO-CORPUSCULAR: todos los materiales están formados por átomos y moléculas. En los gases, las moléculas se encuentran muy separadas entre sí (cuando comprimimos un gas estamos juntando las moléculas) siendo el aire una mezcla de gases.

Las moléculas además siempre están en movimiento y se producen choques seguro. Cuando calentamos un matraz, las partículas se mueven con más velocidad y se genera un aumento en el número de choques. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la velocidad, por lo que el aire que hay dentro aumenta del volumen el globo. “La temperatura no es más que una medida de la velocidad de las partículas, por tanto si la temperatura disminuye, la velocidad de las partículas desciende y si aumenta la temperatura la velocidad aumentará siempre”.

La velocidad 0 corresponderá con el cero del movimiento de las partículas. El cero absoluto es la temperatura correspondiente a 0 Kelvin (-273º C)

Cuando cogemos una bolsa y la cerramos, tendremos el mismo número de partículas fuera que dentro antes de hacer nada. Cuando comienzo a hinchar la bolsa, lo que hago es introducir más moléculas porque tenemos huecos entre ellas. Están en constante movimiento y por tanto aumentan los choques.

• -          Temperatura: velocidad de las partículas
• -          Presión: nº de choques que se producen. Medida del nº de choques. Por lo tanto la presión depende de à la velocidad de las partículas y del nº de moléculas a la misma temperatura.

*Entre las partículas sólo hay vacío.

Cuando tenemos unas ruedas deshinchadas, debemos hincharlas antes de ponerlas en marcha pues si se lleva un rato en circulación la temperatura aumentará y por tanto el número de choques.

Experimentos:

Experimento lata de coca cola: cuando calentamos la lata el número de choques aumenta y como fuera hay muchas más partículas, al meter la lata en el agua, las partículas de fuera chocan con la lata y por tanto la arrugan.

Experimento baño María: metemos el bote cerrado y lo calentamos sin cerrar muy fuerte la tapa por lo que las moléculas que están arriba comienzan a escapar. El aire que hay fuera ejerce mucha presión y nos cuesta tanto abrirlo porque las partículas de fuera hacen muchísima fuerza.

            A.23. Utiliza el modelo anterior para explicar por qué los gases:

a) Se pueden comprimir tanto

Podemos explicar esta característica teniendo claro que entre las partículas hay una gran distancia y que podemos acercarlas unas a otras.

b) Se pueden mezclar tan fácilmente

Esta característica podemos explicarla como la anterior, teniendo claro la distancia entre todas ellas y que pueden mezclarse entre los huecos.

c) Ejercen fuerza sobre las paredes del recipiente en que se encuentran

Para explicar ésta, es necesario simplemente saber que las partículas, al estar en constante movimiento, chocan entre ellas y contra las paredes.

d) Al calentarlos se dilatan o, si el recipiente que los contiene no puede variar su volumen, aumenta la presión

Para entender esto, es necesario saber que al aumentar la temperatura en los gases, implica aumentar la velocidad de las partículas. Si el recipiente que contiene los gases es móvil, aumenta su tamaño sin embargo, si no modifica su forma podemos decir que lo que aumenta es la presión.

¿CÓMO SON LOS MATERIALES POR DENTRO? II

·         Nuestro objetivo es inventar un modelo que explique las propiedades de todas las cosas.

POSIBLE ESTRATEGIA

            A.1. Enumera diversos gases y escribe propiedades comunes que tengan.

• Gases: aire, helio, oxígeno, nitrógeno...

                        - ocupan un espacio (volumen) à ocupan todo el volumen disponible?

                        - masa y peso

                        - densidad varía con la temperatura

                        - comprimir

                        - miscibles fácilmente

                        - hace fuerza (presión)

                        - no se ven generalmente

                        - se dilatan al calentarse

EXPERIMENTOS REALIZADOS EN CLASE

-                    - Experimento 1: apagar la vela

Este experimento se realizó en clase con los siguientes materiales:

•          Una vela
•          Cerillas
•          Vaso de plástico
•           Vinagre
•           Bicarbonato de sodio
•           Goma

En primer lugar, la profesora encendió la vela con una cerilla, y la dejó a un lado. A continuación, mezcló en un vaso cachi un poco de bicarbonato de sodio y vinagre y se produjo una reacción química dando origen al dióxido de carbono.

Después de realizarse la mezcla, mediante la goma el dióxido de carbono pasa al vaso y tras unos minutos realizándose este traspaso, retiró la goma y fue acercando el vaso bocabajo a la vela, apagándose esta al entrar en contacto con el dióxido.

           - Experimento 2: sublimación del yodo

En este experimento los materiales que se utilizaron fueron:

•          Hornillo
•          Bolitas de yodo
•          Recipiente
•          Rejilla para hornillo

En primer lugar, la profesora procedió a calentar el hornillo dejando encima de este una rejilla para evitar el contacto directo con el recipiente. Al poner encima del hornillo y la rejilla el recipiente con las bolitas, se empezó a observar como el yodo comenzaba a evaporarse, saliendo un gas de color rosado/rojo dejando ver que el yodo pasa del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido. Este proceso se llama sublimación.

-                   - Experimento 3: Levantamiento de dos compañeras con aire

Este experimento quizá fue el más difícil de imaginar y creer hasta que se llevó a cabo. Los materiales que se utilizaron fueron los siguientes:

•           Una mesa
•           Una bolsa grande de basura
•           Dos gomas

En primer la profesora colocó encima de la bolsa de basura, previamente estirada y cerrada por todos los lados a excepción de dos agujeros por los que introducir las gomas, una mesa al revés y pidió a una compañera para soplar y a otro/otra para que se colocase encima de esta sentada. A continuación se comenzó a soplar por las dos gomas situadas en los dos extremos de la bolsa y poco a poco observamos como la bolsa se hinchaba, logrando con nuestro aire hacer que la mesa con la compañera encima se levantase.

Después de probarlo con sólo una persona, se realizó con dos observando que se volvía a levantar.

-                 - Experimento 4: Un poco de agua en un cubo y una garrafa al revés que se abre cuando está ya girada. Alguien sopla para medir su capacidad pulmonar.

Los materiales necesarios para este experimento son:

•         Un recipiente grande con agua
•         Una garrafa calibrada
•         Una goma

En primer lugar, una vez calibrada en centímetros la garrafa, se llena con agua, se cierra y se introduce invertida en el recipiente con agua. Una vez ya metida en el recipiente, se abre bocabajo y se le introduce una goma a la botella dejando uno de los extremos fuera del recipiente. En este caso, varios compañeros realizaron la prueba y, cogiendo aire y soplando con la goma todo lo que pudiesen, se llegó a saber cuál era su capacidad pulmonar, observando hasta que nivel de agua podía alcanzar.

A.22. Piensa que estructura debe tener un gas para poder explicar sus propiedades.

Se comprimirían fácilmente porque están formados por átomos y moléculas que quedan muy juntas cuando se comprimen. Las moléculas están constantemente en movimiento y chocan entre ellas.

Por otro lado, cuando aumentamos la temperatura, las partículas se mueven más rápidamente. Si tuviésemos dos canicas, el choque que recibirá una de ellas hará que la otra vaya todavía más lejos es decir, la temperatura se convierte en un indicador de la velocidad de las partículas.

En el caso de la bolsa y la mesa, la temperatura se mantiene constante y somos nosotras las que al soplar metemos un mayor número de partículas.

El volumen además aumenta pues, si el golpeo una canica con otras, las canicas se dispersan más lejos y por tanto ocupan más volumen.

Con todo esto, creamos el MODELO CINÉTICO-CORPUSCULAR.