Conceptos Clave en Química: Desde la Materia hasta las Leyes de los Gases Ideales

La Materia: Definición y Características Fundamentales

La materia es todo aquello que posee masa y ocupa un volumen en el espacio.

Propiedades de la Materia

• Propiedades Generales

  Estas propiedades no sirven para identificar una sustancia, ya que dos sustancias distintas pueden tener la misma masa u ocupar el mismo volumen. Son propiedades generales, entre otras, la masa y el volumen.

• Propiedades Características

  Estas propiedades sirven para identificar una sustancia. Una propiedad característica de la materia es la densidad, pues dos cuerpos distintos tienen valores diferentes de densidad; por tanto, el valor de la densidad permite identificar una sustancia.

La Densidad

La densidad de un cuerpo se define como la masa contenida en cada unidad de volumen y se representa por la letra d. Su fórmula es: d = m/V.

Diferencia entre Masa y Peso

• Masa

  Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. En el Sistema Internacional (SI) se mide en kilogramos (kg). Su valor se determina con una balanza.

• Peso

  Es la fuerza con la que la Tierra atrae a una masa. En el SI se mide en Newtons (N). Su valor se determina con un dinamómetro.

Volumen y Capacidad

• Volumen

  Es el espacio que ocupa un cuerpo. En el SI se mide en metros cúbicos (m³).

• Capacidad

  Es el volumen interior de un recipiente. Se mide en litros (L).

Los Estados de Agregación de la Materia

• Sólido

  Sus partículas están unidas por grandes fuerzas de cohesión, por lo que su volumen es constante. Dichas partículas ocupan posiciones fijas, por lo que su forma también es constante.

• Líquido

  Sus partículas se unen por fuerzas mucho más débiles que las de los sólidos y forman grupos, por lo que su volumen puede considerarse constante. Estos grupos pueden deslizarse, es decir, fluir o derramarse.

• Gas

  Sus partículas se unen por fuerzas tan débiles que pueden resultar despreciables, por lo que se desplazan con plena libertad y tienden a ocupar todo el volumen del que disponen.

Los Cambios de Estado

El cambio de estado es un proceso físico por el que una sustancia pasa de un estado a otro sin que se altere su naturaleza. Para que se produzca un cambio de estado se necesita un aumento o una disminución de la energía que tiene un cuerpo, lo que se manifiesta por un cambio en su temperatura. Durante el cambio de estado, la temperatura permanece constante.

Teoría Cinética y la Temperatura

La temperatura es la magnitud que mide la energía cinética media (velocidad que llevan las partículas) de las partículas de un cuerpo. Su valor se mide con un termómetro.

• Escala Celsius o Centígrada (t)

  Su unidad es el grado Celsius (°C). La conversión a Kelvin es K = °C + 273.15.

• Escala Kelvin (T)

  Su unidad es el Kelvin (K).

• Escala Fahrenheit

  Utilizada comúnmente por ingenieros y en América.

El cero absoluto se refiere al estado en el que las partículas están en reposo (sin movimiento térmico).

Tipos de Cambios de Estado

• Sólido → Gas: Sublimación
• Sólido → Líquido: Fusión
• Líquido → Gas: Evaporación
• Líquido ← Sólido: Solidificación
• Gas ← Líquido: Condensación
• Gas ← Sólido: Sublimación Inversa (o Deposición)

Diferencia entre Evaporación y Ebullición

• Evaporación

  Ocurre de forma lenta, en la superficie del líquido y a cualquier temperatura.

• Ebullición

  Ocurre de forma rápida, en toda la masa del líquido y a una temperatura determinada (punto de ebullición).

Leyes de los Gases Ideales

Las leyes de los gases describen el comportamiento de los gases ideales bajo diferentes condiciones de presión, volumen y temperatura.

1ª Ley de Charles y Gay-Lussac (Ley de Charles)

Para la misma masa de gas, si la presión se mantiene invariable, cuando la temperatura aumenta el volumen también aumenta y viceversa. La relación se expresa como: V₁/T₁ = V₂/T₂.

2ª Ley de Charles y Gay-Lussac (Ley de Gay-Lussac)

Para la misma masa de gas, si el volumen se mantiene invariable, cuando la temperatura aumenta la presión también aumenta y viceversa. La relación se expresa como: P₁/T₁ = P₂/T₂.

Ley de Boyle-Mariotte

Para la misma masa de gas, si la temperatura se mantiene invariable, cuando la presión aumenta el volumen disminuye y viceversa. La relación se expresa como: P₁ ⋅ V₁ = P₂ ⋅ V₂.