El canvi de la matèria/Estats de la matèria
 |
Aquesta pàgina necessita alguna millora en el contingut o l'estil. Potser a la pàgina de discussió trobareu més informació sobre les seves mancances. |
Sòlid, líquid i gas
La matèria pot presentar-se en tres estats: sòlid, líquid i gasós. Les condicions de pressió i temperatura determinen que una mateixa substància es trobi en un o altre estat. L’aigua és una substància química que podem fàcilment trobar en estat sòlid,líquid i gasós en situacions quotidianes. Quan parlem de l’aigua en estat sòlid ens referim al gel, en estat líquid a l’aigua que bevem i en estat gasós al vapor d’aigua. Que l’aigua es trobi en un o altre estat depèn de les condicions de pressió i temperatura. A la pressió d’1 atmosfera, l’aigua és líquida entre 0° C i 100º C; per sota de 0° C es troba en estat gel i per sobre de 100o C en estat vapor.
Canvis d'estat
Fusió
És el pas de sòlid a líquid. Agafa uns glaçons de gel i deixa’ls en un vas a temperatura ambient. Els glaçons comencen a absorbir calor de l’atmosfera i la seva temperatura va augmentant moderadament fins a arribar a 0° C. A aquesta temperatura té lloc la fusió del gel. Pots observar-ho veient com els glaçons es fonen i es converteixen en aigua. Amb un termòmetre pots comprovar que mentre dura la fusió del gel, la temperatura del sistema gel - aigua es manté constant i igual a 0° C. Si quan s’ha fos tot el gel tornes a refredar l’aigua líquida, que està a 0° C, aquesta aigua es torna altra vegada gel. L’aigua es solidifica.
La solidificació
És el pas de líquid a sòlid. El punt de solidificació és la temperatura a la qual un líquid comença a esdevenir sòlid, i coincideix amb el punt de fusió.
La vaporització
És el pas de líquid a gas. Aquest canvi d’estat pot tenir lloc de dues maneres diferents: mitjançant evaporació o mitjançant ebullició. L'evaporació es una vaporització lenta. Les molècules líquides passen a vapor lentament. Només passen a vapor les molècules de la superfície del líquid. Té lloc a qualsevol temperatura. L'ebullició es una vaporització ràpida i tumultuosa. Té lloc a tot el líquid. És a dir,passen a vapor molècules de qualsevol punt del líquid. La temperatura d’ebullició és característica de cada líquid i depèn de la pressió a la que es troba. L’ebullició de l’aigua es produeix a 100º C si la pressió és d’una atmosfera (1 atm). Fa uns dies vaig explicar en aquesta entrada per què augmenta l’energia cinètica (moviment), dels materials quan s’escalfen, ho vaig explicar de dues maneres; considerant la calor una ona i una partícula:
Com a ona: Al ser la calor una ona electromagnètica, té un camp elèctric oscil·lant, de forma que els nuclis atòmics del nostre cos es desplacen en la direcció i el sentit el camp. Com més ràpid canvia el sentit del camp, més ràpidament els nostres àtoms es mouen d’un lloc a un altre, de tal forma que oscil·len (es mouen) i amb el fregament alliberen calor. Com a partícula (fotons): Els fotons de la radiació infrarroja arriben als àtoms del nostre cos i hi impacten, transferint-los-hi la quantitat de moviment. Us podeu imaginar el xoc d’un fotó amb el nostre cos com el xoc d’una canica a una bola de billar, la bola de billar no es mou perquè és molt gran però la canica li transfereix la quantitat de moviment. A mesura que els fotons van impactant es mouen els àtoms del nostre cos, i pel mateix motiu que abans, ens escalfem. Bé, avui he fet una gràfica de com varia l’energia cinètica d’un gas quan n’augmentem la temperatura; la gràfica és aquesta:
Segurament entendreu la gràfica més clarament si enlloc d’energia cinètica hi poso la velocitat en m/s d’un gas tant abundant en l’aire com és el nitrogen:
Aquesta gràfica ens dóna força pistes per entendre els canvis de fase gas a líquid.
Les molècules del gas pateixen unes forces intermoleculars o de Van der Waals que intenten ajuntar les molècules perquè ocupin el mínim espai possible. Aquestes forces són independents de la temperatura.
Però les molècules del gas també pateixen la dispersió provocada per l’agitació tèrmica de les molècules, la qual augmenta amb la temperatura com mostra el gràfic anterior.
Doncs bé, un gas condensa a líquid quan les forces intermoleculars (que volen mantenir la substància unida) són més fortes que l’agitació tèrmica (les quals dispersen les molècules de la substància)
Això pot passar per dos motius:
Disminució de la temperatura. Com que l’agitació tèrmica disminueix quan disminuïm la temperatura i les forces intermol·leculars són independents de la temperatura, al disminuir la temperatura disminueix l’agitació tèrmica i les forces intermol·leculars tenen les de guanyar al tenir un rival més dèbil. Augmentant la pressió. Un gas no és més que molècules corrent aleatòriament i que només canvien de direcció o sentit quan xoquen amb d’altres molècules o amb les parets. Com us podeu imaginar, quan augmenta la pressió les molècules de gas estan més juntes, de manera que les forces intermol·leculars es fan molt més intenses i poden superar més fàcilment l’agitació tèrmica. I aprofitant que l’entrada s’ha penjat automàticament mentre jo estic de festa aprofito per desitjar-vos un bon any!
Condensació
És el procés físic que consisteix en el pas de una substància en forma de gas a forma líquida. La condensació es produeix al baixar la temperatura.
Les variacions de la temperatura en els canvis d’estat.
La temperatura de una substància es manté constant durant els canvis d’estat de fusió i ebullició. Els canvis d’estat són canvis físics, això vol dir que no alteren la naturalesa química de la substància. L’aigua, com qualsevol altra substància, en passar de l’estat sòlid a l’estat líquid o d’aquest a l’estat gas o en fer els canvis inversos no canvia la seva naturalesa, no deixa d’ésser aigua. El que sí que canvien són algunes de les seves propietats com la densitat, la duresa, la capacitat de fluir, etc. Les substàncies pures tenen una temperatura de fusió i ebullició fixes a una pressió determinada. Podem variar la temperatura de fusió o d’ebullició d’una substància afegint-li una altra substància o bé variant-li la pressió. Així si afegim sal a l'aigua canviem la temperatura de fusió i d’ebullició aconseguint que congeli a una temperatura més baixa de 0° C. Si augmentem la pressió sobre l'aigua aconseguim que la temperatura d'ebullició augmenti, aquest fet és el que fa que les verdures es couin abans en una olla a pressió.
La teoria cinètico-molecular
La teoria cinètico-molecular és la teoria que explica el comportament de les partícules en els diferents estats de la matèria.
Sòlids
En els sòlids, les partícules estan molt properes entre elles i vibren, és a dir, ni estan quietes ni es mouen molt. Els sòlids es caracteritzen pel fet que tenen forma pròpia i ocupen un volum constant. No flueixen.
Líquids
En els líquids, les partícules estan properes, però no tant com en els sòlids. Estan unides entre elles per forces atractives més febles que en els sòlids, però es poden separar fàcilment. Aquest fet es pot comprovar introduint la mà dins l'aigua; es pot veure com les partícules se separen perquè un nou cos està ocupant espai. Aquestes forces permeten que les partícules puguin lliscar unes per sobre de les altres. Els líquids tenen formes variables i s'adapten als recipients que els contenen. Tenen un volum constant i flueixen fàcilment. per millorar la seva densitat
Gasos
En els gasos, les partícules estan molt separades unes de les altres. Les partícules es poden moure en totes direccions, xocant amb les parets dels recipients que les contenen. La teoria cinètica permet justificar que els gasos tinguin forma i volum variable, i que es puguin expandir i comprimir amb facilitat. Flueixen fàcilment.