Estats de la matèria: propietats, canvis d'estat i teoria cineticomolecular

Conceptes Fonamentals de la Matèria

La matèria és tot allò que ocupa espai i té massa.

Un sistema material és una porció de matèria que es considera d'una forma aïllada per al seu estudi.

Una substància és un tipus concret de matèria.

Propietats de la Matèria

Les propietats de la matèria es classifiquen en:

• Propietats Generals: Són aquelles que no depenen del tipus de substància. Inclouen la massa i el volum.
• Propietats Específiques: Són aquelles que permeten identificar diferents substàncies, ja que no depenen de la quantitat de substància. Exemples: color, brillantor, duresa, conductivitat tèrmica, conductivitat elèctrica, densitat o temperatura de fusió.

Detall de les Propietats Generals

• Massa (kg): Propietat dels sistemes materials que mesura la quantitat de matèria que posseeixen.
• Volum (m³): Propietat dels sistemes materials que ens informa de la quantitat d'espai que ocupen.

Densitat

La densitat d'una substància és la massa que correspon a un volum unitat d'aquesta: d = m/v.

Important: Quan un sistema material canvia d'estat d'agregació, la massa roman constant, però el volum canvia.

Estats d'Agregació de la Matèria

Les condicions de pressió i temperatura determinen que un sistema material adopti un estat d'agregació o un altre. Per exemple: el gas butà.

Característiques dels Estats

• Sòlids:
  • Tenen volum fix i forma fixa.
  • No són compressibles.
  • No flueixen per si mateixos.
  • S'anomenen cristalls si les seves partícules estan ordenades, i si no, amorfs.
• Líquids:
  • Tenen volum fix, però no forma fixa.
  • Són poc compressibles.
  • Difonen o flueixen per si mateixos (juntament amb els gasos, s'anomenen fluids).
• Gasos:
  • Ocupen tot el volum del recipient que els conté.
  • Són fàcilment compressibles.
  • No tenen forma fixa.
  • Difonen i tendeixen a mesclar-se amb altres gasos.

Teoria Cineticomolecular i Canvis d'Estat

Model Cineticomolecular dels Estats

• Sòlids:
  • Partícules pròximes, encara que hi ha buits entre aquestes.
  • Les forces mantenen unides les partícules en posicions fixes, encara que vibren entorn d'aquestes posicions.
• Líquids:
  • Partícules a distàncies semblants a les dels sòlids.
  • Partícules unides per forces més dèbils que en els sòlids, permetent lliscament i mobilitat.
• Gasos:
  • Partícules allunyades una de l'altra.
  • Forces d'atracció dèbils, i les partícules estan separades.
  • Es mouen en totes direccions i xoquen amb les parets del recipient.

Temperatures de Canvi d'Estat

La temperatura a què es fon una substància, a pressió atmosfèrica, s'anomena temperatura de fusió, que és igual a la de solidificació.

La temperatura a què bull una substància, a pressió atmosfèrica, s'anomena temperatura d'ebullició, que és igual a la de condensació.

Calor Latent de Canvi d'Estat

La calor latent de canvi d'estat és l'energia absorbida o alliberada durant el procés quan es produeixen els canvis d'estat d'una substància pura.

En el cas de l'aigua:

• Per a convertir 1 g de gel a 0ºC en aigua líquida a 0ºC, cal aportar 334,4 J d'energia. Aquesta energia s'anomena calor latent de fusió de l'aigua.
• Per a convertir 1 g d'aigua líquida a 100ºC en vapor a 100ºC, calen 2257 J d'energia, anomenada calor latent de vaporització.

Teoria Cinètica dels Gasos

Tant la temperatura de fusió com la d'ebullició d'una substància corresponen a unes temperatures a les quals es produeixen els processos de canvi d'estat.

Postulats de la Teoria Cinètica dels Gasos

1. Els gasos estan formats per un gran nombre de partícules molt petites que no es poden veure. El volum que ocupen és menyspreable enfront del volum del recipient que conté el gas.
2. El nombre de partícules és molt gran i es troben movent-se a l'atzar sense que hi hagi direccions privilegiades.
3. No existeixen forces d'atracció o repulsió significatives entre les partícules.
4. Els xocs produïts entre partícules i amb les parets del recipient són totalment elàstics (es conserva l'energia cinètica total).
5. L'energia cinètica mitjana de les molècules d'un gas és proporcional a la temperatura absoluta (Ec = m·v²/2).

Definicions Clau

• La temperatura d'un sistema material és proporcional a l'energia cinètica mitjana de les seves partícules.
• La pressió que exerceix un gas és conseqüència dels xocs de les seves partícules contra les parets del recipient.