Del sólido al plasma: la materia según cómo se mueven sus partículas
Los cuatro estados en una sola tabla causal
| Estado | Orden de partículas | Energía cinética | Forma y volumen | Compresibilidad |
|---|---|---|---|---|
| Sólido | muy ordenada, red rígida | baja (vibran en su lugar) | forma y volumen fijos | prácticamente nula |
| Líquido | cercanas pero deslizables | media | volumen fijo, forma del recipiente | muy baja |
| Gas | muy separadas, caóticas | alta | ocupa todo el recipiente | alta |
| Plasma | gases ionizados (electrones libres) | altísima | conduce electricidad, responde a campos | alta |
Postulados de la teoría cinético-molecular
- La materia está hecha de partículas enormes cantidades de espacio vacío entre ellas (por eso un gas es casi todo vacío).
- Las partículas están en movimiento aleatorio permanente.
- La temperatura absoluta (en kelvin) es proporcional a la energía cinética promedio: duplicar los kelvin duplica la energía de movimiento.
- Los choques entre partículas son elásticos: no se pierde energía neta, solo se transfiere.
Presión, volumen y temperatura: las leyes de los gases
Un gas se describe con cuatro variables: presión (P), volumen (V), temperatura (T) y cantidad (n). Sus relaciones, descubiertas una por una, se unifican en la ley del gas ideal PV = nRT. Antes de esa fórmula maestra, tres leyes simples gobiernan casos particulares: BOYLE (a temperatura constante, P y V son inversamente proporcionales: comprimes → sube la presión), CHARLES (a presión constante, V es directamente proporcional a T: calientas → se expande) y GAY-LUSSAC (a volumen constante, P sube con T: calientas un envase rígido → aumenta la presión). Piensa en una jeringa tapada: al empujar el émbolo reduces V y la presión se dispara: Boyle puro.
Ejemplo resuelto: la olla a presión
En una olla sellada, al calentar, el agua se evapora y no puede escapar: Gay-Lussac. A volumen casi fijo, la presión sube con la temperatura, y el agua alcanza unos 120 °C en lugar de 100 °C antes de hervir. Más temperatura = cocción más rápida: por eso la olla a presión cocina legumbres en la mitad del tiempo.
Cambios de estado: la energía que no sube la temperatura
Al calentar hielo, la temperatura sube hasta 0 °C… y se ESTANCA mientras el hielo se funde, aunque sigas aportando calor. Ese calor no aumenta la energía cinética (temperatura) sino que rompe las fuerzas intermoleculares: es CALOR LATENTE. Lo mismo al vaporizar. Por eso el agua hirviendo se mantiene a 100 °C hasta evaporarse. Los seis cambios (fusión, solidificación, vaporización, condensación, sublimación y deposición) forman un ciclo: unos absorben energía y otros la liberan, y de eso viven el clima, la refrigeración y hasta el sudor que te enfría.
Anomalía del agua: por qué el hielo flota
Casi todas las sustancias se contraen al solidificar, pero el agua se EXPANDE al congelarse: por sus puentes de hidrógeno forma una estructura hexagonal hueca, menos densa que el líquido. Por eso el hielo flota. Si no fuera así, los lagos se congelarían del fondo a la superficie y la vida acuática no sobreviviría los inviernos. Es una consecuencia directa de la geometría y polaridad de la molécula que verás en la U2.
Difusión y efusión: el movimiento que puedes oler
- DIFUSIÓN: las partículas se esparcen de zona de alta a baja concentración por su movimiento caótico (el aroma del café llena la cocina).
- EFUSIÓN: un gas escapa por un orificio pequeño; los de menor masa molar salen más rápido (ley de Graham): el helio se fugaba de un globo antes que el aire.
- Ambos procesos dependen de la temperatura: más calor, más movimiento, más rápido.
Básico
En un gas ideal, la temperatura absoluta es proporcional a:
Al calentar agua a 100 °C al nivel del mar, la temperatura sigue subiendo mientras hierve.
A temperatura constante, si reduzco el volumen de un gas a la mitad, su presión se : esto es la ley de .
Intermedio
Une cada ley del gas con su relación (con la otra variable constante):
Un gas ocupa 2.0 L a 1 atm. Si a temperatura constante lo comprimo hasta 0.5 L, ¿cuál será su presión (atm)? Entero.
Al calentar hielo desde −10 °C hasta vapor a más de 100 °C:
Coloca los elementos en orden y pulsa Comprobar.
Avanzado
Sobre la cocción en la montaña (menor presión atmosférica). La afirmación con ERROR es:
Marca la línea o las líneas con error y pulsa Comprobar.
Explica, con la teoría cinético-molecular, por qué un globo lleno de aire se encoge al meterlo al refrigerador y vuelve a crecer al sacarlo. Relaciona temperatura, energía cinética y presión interna.
Se evalúa notar que al bajar la temperatura disminuye la energía cinética y la presión interna del gas; la presión externa comprime el globo (V menor a P/T cambiantes, ley combinada) y al recalentarse el gas se expande de nuevo.
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Aplicaciones reales
- Refrigerador y aire acondicionado: un gas se comprime (libera calor) y se expande (absorbe calor), usando el calor latente de vaporización para bombear calor hacia fuera.
- Meteorología: la expansión del aire que sube lo enfría y forma nubes; la presión atmosférica gobierna el tiempo.
- Buceo: a mayor profundidad, mayor presión; los gases se vuelven más solubles en la sangre (por eso se descomprime despacio para evitar burbujas).
Errores frecuentes
- Creer que hervir "calienta más el agua": al hervir la temperatura no sube.
- Usar grados Celsius en lugar de kelvin en las leyes de gases (debe ser temperatura absoluta).
- Pensar que el hielo flota porque "es más frío": flota porque es MENOS DENSO.
Conexiones con otros aprendizajes
La teoría cinética unifica presión, temperatura y volumen que medirás en laboratorio (U4); las fuerzas intermoleculares de la U2 explican los puntos de ebullición de cada estado; y la anomalía del agua conecta con la importancia del agua para la vida en ciencias de la Tierra.
Khan Academy · Gases y teoría cinéticaPráctica de las leyes del gas ideal.
Tarjetas de estados y gases
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