Matèria, Estats i Lleis dels Gasos: Guia Essencial de Física

La Matèria i els seus Estats

La matèria és tot allò que ens envolta, que té massa i ocupa un volum.

Estats d'Agregació de la Matèria

• Sòlid: Forma pròpia, volum constant (incompressible). Quan s'escalfen, es dilaten lleugerament. Tenen una densitat elevada.
• Líquid: No tenen forma pròpia (adopten la forma del recipient), volum constant (incompressible). Quan s'escalfen, es dilaten. Tenen una densitat elevada (menor que la del sòlid). Són fluids.
• Gas: No tenen forma pròpia (ocupen tot el recipient), volum variable (compressible). Es dilaten molt. Tenen una densitat baixa. Són fluids.

Propietats dels Fluids: Fluïdesa

La fluïdesa és la capacitat que tenen els líquids i els gasos de lliscar o d'escapar-se per qualsevol forat, per petit que sigui.

Canvis d'Estat de la Matèria

Els canvis d'estat són processos reversibles que impliquen un guany o pèrdua d'energia:

• Fusió: Sòlid a líquid.
• Vaporització: Líquid a gas.
• Condensació: Gas a líquid.
• Solidificació: Líquid a sòlid.
• Sublimació: Sòlid a gas (sense passar per líquid).
• Sublimació Inversa (o Deposició): Gas a sòlid (sense passar per líquid).

Tipus de Vaporització

1. Evaporació: Pas de líquid a gas que es produeix només a la superfície del líquid i a qualsevol temperatura, depenent de les condicions exteriors.
2. Ebullició: Pas de líquid a gas que es produeix a tot el líquid a una temperatura específica i constant, anomenada punt d'ebullició (T_ebullició).

Calor de Canvi d'Estat (Calor Latent)

És la quantitat d'energia que cal subministrar a cada gram de substància per provocar el seu canvi d'estat, trencant les forces d'atracció entre les partícules.

Temperatura i Pressió

Escala Absoluta de Temperatura (Kelvin)

És una escala de temperatura on no hi ha valors negatius. La temperatura mínima possible és el 0 absolut. La seva unitat és el Kelvin (K).

El Zero Absolut de temperatura és aquella temperatura en la qual les partícules que formen la matèria, fins i tot en estat sòlid, deixen de vibrar.

Pressió

La pressió (p) es defineix com la força (F) exercida per unitat de superfície (S).

Fórmula: p = F / S

El pes és una força i es calcula com: Pes = massa × gravetat, on la gravetat (g) a la Terra és aproximadament 9,8 m/s². La unitat de força és el Newton (N), on 1 N = 1 kg·m/s².

Lleis dels Gasos Ideals

Llei de Boyle-Mariotte (Temperatura Constant)

Per a una determinada quantitat de gas tancada en un recipient, a temperatura constant, el producte de la pressió pel volum es manté constant. Això significa que la pressió i el volum són inversament proporcionals.

Fórmula: p · V = k o p₁ · V₁ = p₂ · V₂

Llei de Charles i Gay-Lussac (1a Llei - Pressió Constant)

Per a una determinada quantitat de gas tancada en un recipient a pressió constant, el quocient entre el volum ocupat pel gas i la temperatura absoluta es manté constant. Això significa que el volum i la temperatura absoluta són directament proporcionals.

Fórmula: V / T = K o V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Llei de Charles i Gay-Lussac (2a Llei - Volum Constant)

Per a una determinada quantitat de gas tancada en un recipient a volum constant, el quocient entre la pressió i la temperatura absoluta es manté constant. Això significa que la pressió i la temperatura absoluta són directament proporcionals.

Fórmula: P / T = K o P₁ / T₁ = P₂ / T₂

Gasos Ideals i Llei Combinada

Els gasos ideals són aquells que compleixen les tres lleis esmentades anteriorment. La seva relació es pot expressar amb la Llei Combinada dels Gasos Ideals:

Fórmula: (p₁ · V₁) / T₁ = (p₂ · V₂) / T₂ o (p · V) / T = K

Teoria Cineticomolecular

La Teoria Cineticomolecular permet explicar les propietats de la matèria, tant els canvis d'estat com les propietats de cada estat. Es basa en tres postulats fonamentals:

1. La matèria està formada per partícules molt petites.
2. Les partícules que formen la matèria estan en moviment constant.
3. Les partícules que formen la matèria exerceixen forces d'atracció entre elles.

Conversions Útils

Conversió de Temperatures

• T(K) = T(ºC) + 273.15 (sovint s'usa 273 per simplificar)
• T(ºC) = T(K) - 273.15
• 0 K = -273.15 ºC (Zero Absolut)

Equivalències de Pressió

• 1 atm = 101325 Pa (Pascals)
• 1 atm = 1013.25 hPa (Hectopascals)
• 1 atm = 1.01325 bar
• 1 atm = 1013.25 mbar (Milibars)
• 1 atm = 760 mmHg (Mil·límetres de mercuri)
• 1 bar = 100000 Pa
• 1 hPa = 100 Pa