Revisión do modelo corpuscular da materia

Para entender as propiedades físico-químicas dos materiais debemos coñecer como se comportan internamente, como estan constituídos, como responden a accións externas, etc.., en definitiva necesitamos un "MODELO DE MATERIA" (necesitamos un modelo porque a estructura interna dos materiais non se pode ver!!). O estudio da fase gasosa (por ser a máis sinxela) é moi útil para comprender e desenvolver un modelo de materia. Comezaremos revisando o modelo estudiado en cursos anteriores. Concretamente ... como se atopan as partículas no interior dun recipiente?, que hai entre elas?, que acontece cando chocan?, etc.

Modelo de Bernoulli

Un gas está constituído por partículas moi pequenas en comparación co tamaño do recipiente. Estas partículas móvense rapidamente en todas direccións chocando entre si e coas paredes. As colisións son perfectamente elásticas e polo tanto a súa enerxía de movemento en promedio non cambia, o movemento é continuo, non diminúe co tempo. A presión é consecuencia dos choques de millóns de partículas rápidas contra as paredes do recipiente. As partículas están separadas entre si unha distancia enorme comparada co seu tamaño. Entre as partículas non hai nada -vacio-, o cal lles permite moverse e chocar (elasticamente) entre si e coas paredes do recipiente. As forzas de unión entre elas practicamente non existen ou son moi débiles.

Nos sólidos e líquidos as partículas tamén están en continuo movemento, pero as forzas de unión entre as partículas son máis intensas e condensan a materia. En consecuencia as partículas están máis xuntas, a distancia de separación entre elas é do orden do tamaño das partículas. Sen embargo hai diferencias entre sólidos e líquidos. Nos sólidos as forzas son moi intensas, de xeito que as partículas ocupan posicións fixas (non fluen) e por iso nos sólidos o movemento consiste na vibración ao redor da posición de cada partícula, pero nos líquidos as forzas son menos intensas que nos sólidos e as partículas son máis libres e poden moverse (a traves dos ocos que se forman) por todo o líquido (fluen) e o líquido adoita a forma do recipiente.

Resumindo, a idea básica e que todos os materiais teñen cousas comúns e cousas diferentes que podemos resumir nun MODELO CINÉTICO DA MATERIA (puntos básicos):

• Todos os materiais están formados por partículas ou corpúsculos pequenisimos que se atopan en continuo movemento, separadas entre si polo vacio (non hai nada entre elas). Estas partículas teñen masa (que é unha característica propia de toda a materia) e a masa dun corpo é a suma das masas das súas partículas constituíntes.
• Entre as partículas hai forzas atractivas que teñen pouca importancia nos gases (practicamente son desprezables) e son máis intensas nos líquidos e sólidos (costa máis romper un anaco de sólido) e forzas repulsivas que se manifestan cando tratamos de comprimir demasiado os materiais. Estas forzas son de natureza electromagnética.
• O movemento das partículas está relacionado coa temperatura, cando ista aumenta, o movemento aumenta e diminúe cando diminúe a temperatura (a enerxía de movemento é directamente proporcinal á temperatura), o cal explica as dilatacións ou contraccións nunha mesma fase, ou mesmo os cambios de fase.

Co modelo de gas podemos explicar por que os gases ocupan todo o volume do recipiente, difúndense, mestúranse, pódense expandir e comprimir facilmente e ademais dilátanse máis que os sólidos, explicamos finalmente as leis dos gases e facemos prediccións razoables sobre propiedades das fases da materia e os procesos (cambios de fase) que se dan entre eles.

As leis dos gases

*nota: poderiamos pensar que o "tamaño" das moléculas tamén inflúe, sen embargo é necesario lembrar que a distancia entre partículas é moito máis grande que o tamaño, polo que non depende desta variable, e por outra banda, respecto á "masa" debemos indicar que segundo a Teoría Cinética a temperatura está relacionada coa Enerxía Cinética (ou de movemento que evidentemente depende da masa e da v_med): EC_tras = (Cte)×T. Entón, como cambia P, logo? :
a) aumenta coa T → P = Cte₁.T (para N e V Ctes)

b) diminúe co V → P = Cte₂/V (para T e N Ctes)

c) aumenta co N → P = Cte₃.N (para T e V Ctes)

En xeral, P = Cte.N.T / V, ou como se coñece normalmente:

P.V = n.R.T

onde n é o número de moles de gas (unha unidade de contar partículas) e R unha constante (independente do gas, que é igual para todos), o valor da cal depende unicamente das unidades elixidas para medir P, V e T.

Para xustificar os cambios de fase que se producen cando cambia a temperatura (p.ex. no caso da auga) debemos reflexionar sobre as forzas internas que hai entre as partículas nas tres fases: sólidos → posicións definidas, líquidos → movemento dentro de certos límites e gases → partículas case-libres; nas tres fases hai movemento e un aumento na velocidade das partículas por mor dun aumento de temperatura pode romper as forzas de ligadura que lles obrigan a manterse en posicións definidas -fusión- ou moverse libremente no recipiente -ebulición-.

Tamén podemos dar algúns resultados prácticos do modelo, p.ex para T = 1 ºC e 1 atmósfera de presión

* as partículas móvense a velocidades medias aprox. comprendidas entre 200 e 2000 m/s (dependendo do tipo de gas). Velocidades enormes comparadas coas dos obxectos ordinarios.

* o tamaño das partículas é moi pequeno (aprox. 0,000000001 / m) comparado coa distancia de separación (aprox. 0,0000001 / m) para os gases -unhas 100 veces menor- para líquidos e sólidos a distancia de separación é aprox. 1 ou 2 veces o tamaño das partículas.

* nun volume de 1 cc de gas hai aprox. 2690000000000000000 partículas e dun líquido (p. ex. auga) hai 33500000000000000000000 partículas e para un sólido (p. ex. ferro) hai 84500000000000000000000 ; é dicir hai unhas 13000 veces máis partículas por unidade de volume nos líquidos e sólidos que nos gases.

Composición dos materiais desde o punto de vista químico

1. mesturas
   • homoxéneas (disolucións)
   • heteroxéneas
2. sustancias
   • elementos
   • compostos