Estados de agregación de la materia y las leyes de los gases y la ley general de los gases ideales
Presentación del tema
Bienvenido a la primera clase de los gases desde la perspectiva de la termodinámica, pero antes de eso es necesario tener claro algunos conceptos, por ejemplo, los estados de agregación de la materia, pero ¿qué será eso? ¿por qué es importante?
El distinguir la característica que tiene cada uno de los estados de agregación de la materia desde diferentes perspectivas, nos da una visión puntual para comprender los diferentes estados de la materia, la cual está relacionado con el estado energético de las moléculas o átomos.
El que sepas distinguir por qué las moléculas en fase gaseosa pueden tener un mayor volumen que los líquidos o, que los líquidos puedan moverse más fácilmente que los sólidos y, el que sepas llevar a cabo esa conexión con los estados energéticos, te permitirá comprender entonces, cómo se encuentran las moléculas en los diferentes estados de la materia.
En esta clase también aprenderás las leyes de los gases y como la sinergia de estas se conjuntan en la ley general de los gases ideales. He notado que existen varias de nemotecnia para recordar la ley general de los gases como “pavo = raton” o “Pancho Villa Nunca Reprobó Termodinámica”, quizá sirvan para poder recordar de manera inmediata, pero es importante de dónde se obtiene la ecuación general de los gases ideales y su alcance.
Objetivo didáctico de la clase
Conocer e identificar los estados de la materia, los procesos de cambios de estado, el nombre correcto de cada fenómeno, las leyes de los gases y la conjunción de estas en la ley general de los gases ideales.
Contenido didáctico
A continuación, se presenta el contenido didáctico de acceso abierto o institucional para profundizar en el tema.
| No. | Nombre del recurso | Sinopsis | Tipo de recurso | Enlace Web |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Los estados de la materia y los cambios de los estados de la materia – sólido, líquido y gaseoso | Video que explica de una forma muy didáctica los estados de la materia. Quizá te preguntes ¿Es un video para niños? Sí, y es una buena forma de iniciar con algunos temas… siempre he dicho si puede explicarle a un niño, entonces sabes del tema | Video | [Acceder] |
| 2 | La materia y los estados de agregación | Sección de libro con contenido sobre los estados de agregación de la materia | Archivo | [Acceder] |
| 3 | Los estados de agregación | Clase en video | Video | [Acceder] |
| 4 | Leyes de los gases y ecuación general de los gases ideales. Referencia: Chang R. Fisicoquímica, Tercera edición. | El contenido de este recurso explica de una manera simple las leyes de los gases y la compilación de estas en la ley general de los gases ideales. | Sección de libro | [Acceder] |
| 5 | Las leyes de los gases en un minuto | Video que explica la ley de los gases de una forma didáctica, te invito que al término del video trates de explicarlo a tu hermanito(a), sobrinito(a) | Video | [Acceder] |
| 6 | Ejemplo de experimentos sencillos para comprobar las leyes de los gases | A través de estos videos podrás observar el comportamiento de los gases bajo ciertas condiciones. | Video | [Acceder] |
Material didáctico complementario
| No. | Nombre del recurso | Sinopsis | Tipo de recurso | Enlace Web |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Los estados de agregación de la materia: qué son y cuáles son | Este video explica con u lenguaje más técnico el contenido | Video | [Acceder] |
| 2 | Cuestionamientos para reflexionar el tema de los estados de agregación | Presentación con preguntas para reflexionar sobre el tema | Presentación | [Acceder] |
| 3 | Ley de Boyle, Charles y Gay Lussac leyes de los gases | Video | [Acceder] | |
| 4 | Propiedades empíricas de los gases Referencia: Castellan G.W. Fisicoquímica. Segunda edición. | Extensión del tema con un lenguaje más técnico | Sección de libro | [Acceder] |
Resumen e ideas relevantes de la clase digital
A continuación, te invito a que te hagas estas preguntas y reflexiones sobre el tema que se ha desarrollado.
- ¿cómo defines un estado de agregación de la materia?
- ¿cuáles son los estados de la materia principales?
- ¿cómo se puede transformar la materia de un estado de agregación a otro?
Recordemos que los estados de agregación de la materia definen las fuerzas de cohesión que hay entre las moléculas, debido al contenido energético contenido en la materia, debemos recordar que esta cantidad de energía depende de cada tipo de materia, que en ocasiones podemos medirla a través de la temperatura, por ejemplo, el cambio del estado líquido al gaseoso del alcohol etílico se da a una menor temperatura que la del agua. Los estados de la materia son sólidos líquido y gaseoso en el cual cada uno de ellos se diferencian por el tipo de movimiento que tienen la materia, sus fuerzas de atracción, la forma que tienen, etc.
La transformación de un estado a otro se da debido a la absorción o desprendimiento de energía por parte de la materia, por ejemplo, el cambio de fase de un líquido a gas se da cuando la materia recibe energía de una fuente de energía la cual es absorbida por la materia, por lo cual, las partículas empiezan a moverse más rápido hasta llegar a un punto en el cual se lleva a cabo el cambio de fase, sí, estamos hablando de la vaporización. En el caso del cambio de fase de un líquido a un sólido, este se da cuando un sumidero de energía exterior absorbe energía de la materia hasta el punto que le quita tanta energía que las moléculas se juntan y al no tener energía ya no pueden moverse con facilidad (lo mismo que nos pasa cuando corremos 25 km se nos acaba la energía y no queremos movernos al final), esto genera que las partículas tengan un acomodo característico formando la fase sólida.
Esta sesión fue de gran relevancia, ya que fue posible conocer y comprender las diferentes leyes de los gases, además de poner finalmente comprender que, al combinarse, estas permiten obtener la ley general de los gases ideales, la cual predice una variable termodinámica en función de otras dos, por ejemplo,
- es posible conocer la presión (P) de un gas si se conoce el volumen (V) y temperatura (T) de una cierta cantidad de gas conocida
- de igual forma, es posible llevar cabo el cálculo de la temperatura en función del volumen y la presión para una cantidad de sustancia,
- un último escenario en el cálculo del volumen en función de la presión y la temperatura
Los tres casos anteriores se pueden clasificar como la definición de un estado termodinámico, es decir, conocer todas las variables termodinámicas del sistema. Cuando se emplea la ley general de los gases, esta puede ser aplicada para cualquier sustancia sin distinción entre estas, es decir, la ecuación “no sabe” cuál es la sustancia del sistema bajo estudio.
Los gases pueden sufrir cambios por tener algún tipo de interacción con sus alrededores, por ejemplo, podríamos tener un globo inflado inicialmente con valores iniciales de las variables P1V1T1 en el aire, si este globo lo metemos al congelador, este sufrirá un cambio ¿qué crees que sucederá? ¿cuáles variables sufrirán un cambio?…piénsalo..sí, la temperatura del gas dentro del globo disminuye y también el volumen, esto corresponde a lo que describe la ley de Charles, pero también es posible calcular los cambios empleando la ley general de los gases ideales. Cuando se lleva a cabo el cálculo de variables termodinámica de un estado final (estado 2) en función de una condición inicial (estado 1), se conoce como el cálculo de un cambio de estado termodinámico. Inténtalo en casa y trata de aplicar la ecuación general de los gases, te paso un tip, el número de moles no cambia en cuando el gas pasa de un estado inicial a uno final, porque no hay salida de aire, a eso se le conoce como sistema cerrado.
Si lo analizas cuidadosamente, puedes ver que a través de una ecuación tan sencilla es posible definir un estado termodinámico y calcular un cambio de estado termodinámico… que interesante ¿no?, pero que tú también estés tan entusiasmado como me pasó a mi cuando me di cuenta el alcance…y sabes, aún hay más… porque no todos los gases se comportan de la misma manera, pero eso es lo veremos en la siguiente clase.