ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

La mayoría de sustancias pueden presentarse en la naturaleza en tres estados de agregación, sólido, líquido o gaseoso, dependiendo de su temperatura, cada uno de estos estados presenta ciertas características que los distingue:

El estado sólido:

Se caracteriza por tener un volumen y forma específicos, cuando la sustancia es sometida a elevadas presiones su variación de volumen resulta prácticamente insignificante.

El volumen específico de cualquier sustancia es el inverso de la densidad, es decir, el volumen por unidad de masa. Las unidades de volumen específico pueden ser por ejemplo: cm3 /g, m3/kg, pie3/lbm .

El estado líquido:

En estado líquido, las sustancias no tienen forma definida, generalmente adoptan la forma del recipiente que las contiene, buscando su propio nivel bajo la influencia de la fuerza de gravedad. En este estado las sustancias tienen un volumen específico, su variación de volumen cuando actúa sobre ellas presiones muy altas resulta también insignificante.

El estado gaseoso:

La palabra gas, viene de la voz inventada por J. B. van Helmont, (1577-1644 ), como paralelo del latín chaos ).

Las sustancias gaseosas se caracterizan por no tener forma propia, prácticamente adoptan la forma del recipiente que las contiene, no tienen un volumen fijo, puesto que pueden contraerse o expandirse en la misma medida que lo haga su recipiente, de tal forma que el volumen del recipiente es el volumen del gas.

Otra característica muy importante de la materia en estado gaseoso es la presión que ejercen sus moléculas dentro del recipiente que las contiene.

LA PRESIÓN:

La presión se define como la relación entre la “fuerza por unidad de área”, lo que en términos algebraicos se representa como:

Donde: P = Presión

F = Fuerza

A = Área sobre la cual actúa la fuerza ejercida

UNIDADES DE PRESIÓN:

Las unidades para representar la presión resultan de la combinación de unidades de fuerza y área. En el sistema internacional de unidades, la fuerza se expresa en Newton ( N ) y el área en metros cuadrados ( m2 ); la combinación conduce a N / m2 , relación que se denomina Pascal ( Pa ). Algunas relaciones entre esta y otras unidades de presión pueden ser:

* La unidad, libras fuerza por pulgada cuadrada, es abreviada “ lbf / in2 “, sin embargo algunas veces se representa como psi , por el nombre en inglés: poundal square inch .

PRESIÓN DE LOS GASES

La presión de un gas es causada por los choques de las moléculas que lo constituyen con las paredes del recipiente. Si se incrementa el número de moléculas por unidad de volumen es decir se aumenta la concentración molecular, se tendrá una mayor presión debido al mayor número de choques por unidad de tiempo.

EL GAS IDEAL

Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento en relación a la presión, el volumen y la temperatura puede ser descrito por la denominada “ecuación del gas ideal”.

Cuando se habla de gases ideales, se consideran algunas suposiciones que tienden a facilitar el trabajo:

• En un gas ideal se supone que no existe atracción o repulsión entre las moléculas que lo constituyen.

• También se considera, que el volumen de las moléculas es despreciable en comparación con el volumen del recipiente que las contiene.

• Considera también que los choques que ocurren entre moléculas y de éstas con el recipiente donde están almacenadas, son choques elásticos, es decir que no hay pérdida de energía.

En realidad, en la naturaleza no existe un gas ideal, sin embargo, la divergencia en el comportamiento de los gases reales dentro de márgenes razonables de temperatura y presión no alteran en forma sustancial los cálculos.

Para describir completamente un gas ideal, es necesario el conocimiento de cuatro cantidades físicas relacionadas con estos:

• La cantidad de materia

• La presión

• El volumen

• La temperatura

Las relaciones entre estas variables están dadas por las siguientes leyes:

LEY DE BOYLE

Esta ley fue demostrada por vez primera en el año 1660 por el inglés Robert Boyle. La ley establece que: “Si la temperatura permanece constante, el volumen de una determinada masa de gas varía en forma inversamente proporcional a la presión”

Al reducir el volumen de un gas las moléculas se acumulan en un espacio más pequeño, con lo cual se produce una concentración molecular mayor y una presión proporcionalmente más alta.

Algebraicamente, para dos condiciones diferentes, iniciales y finales, la ley se expresa como:

Donde: Pi y Vi representan la presión y volumen iniciales

Pf y Vf representan la presión y volumen finales

LEY DE CHARLES

Esta ley fue propuesta y demostrada por el francés Jacques Charles en el año 1787. Sus investigaciones mostraron que, a una presión constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría.

La ley es enunciada de la manera siguiente: “ Si la presión se mantiene constante, el volumen de una determinada cantidad de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta”

La presión de un gas que está sometido a calentamiento puede mantenerse constante si al gas se le permite expandirse. El aumento de volumen conserva la presión constante y reduce el número de colisiones de las moléculas con las paredes del recipiente en un determinado tiempo. En esta forma, el descenso de la frecuencia de las colisiones, compensa el aumento de intensidad de los choques.

Matemáticamente, para dos condiciones distintas, la ley se expresa como:

Donde: Vi y Ti representan el volumen y temperatura iniciales

Vf y Tf representan el volumen y temperatura finales

LEY DE GAY – LUSSAC Y AMONTONS

Esta ley algunas veces se le atribuye a Joseph Gay – Lussac y en otras ocasiones a Guillaume Amontons. Esta ley establece que: “cuando el volumen de una muestra de gas permanece constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura

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