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ESTADOS DE LA MATERIA

INTRODUCCIÓN Para entender los diferentes estados en los que la materia existe, es necesario entender algo llamado Teoría Molecular Kinética de la Materia. Uno de los conceptos básicos de la teoría argumenta que los átomos y moléculas poseen una energía de movimiento, que percibimos como temperatura. Mientras más energía hay en una sustancia, mayor movimiento molecular y mayor la temperatura percibida. Consecuentemente, un punto importante es que la cantidad de energía que tienen los átomos y las moléculas (y por consiguiente la cantidad de movimiento) influye en su interacción. Al contrario que simples bolas de billar, muchos átomos y moléculas se atraen entre sí como resultado de varias fuerzas intermoleculares, como lazos de hidrógenos, fuerzas van der Waals y otras. (Carpi, 2004).

MARCO TEORICO Según Calvo (2021), en la naturaleza estamos familiarizados con tres estados de la materia, cuya principal diferencia la intensidad de las fuerzas a nivel molecular, como lo señalan Rex y Wolfson (2011): a) sólidos, las moléculas están fijas en su sitio, de manera que el material mantiene su forma. b) líquidos, las fuerzas intermoleculares mantienen juntas las moléculas, pero 4 estas son libres de moverse, de modo que pueden fluir fácilmente para asumir la forma de su contenedor. c) gases: las moléculas están muy separadas unas de otras, interactuando muy débilmente, expandiéndose para llenar el contenedor en el que se encuentren. La distinción entre sólido, líquido y gas es clara, con valores de temperatura y de presión establecidos para que se manifieste la transición de uno a otro; no obstante, hay excepciones: a una presión muy alta, las fases líquida y sólida se combinan para formar lo que se conoce con el nombre de superfluido; mientras que los gases compuestos por partículas eléctricamente cargadas se comportan de manera tan inusual que a menudo se les considera un cuarto estado de la materia denominado plasma (Rex y Wolfson, 2011).

TRABAJO PREVIO •

Investigue en qué consiste el estado Bose-Einstein. Es un estado de agregación de la materia que se alcanza a temperaturas muy frías, cercanas al cero absoluto; se trata de un fenómeno cuántico sin analogía en física clásica: el quinto estado de la materia. En un condensado de Bose-Einstein las partículas de un sistema ocupan el estado cuántico más bajo en energía, de forma que los efectos cuánticos se manifiestan a escala macroscópica. (González, 2021).

OBJETIVOS I. II.

Comparar los distintos estados de la materia según ciertas condiciones del ambiente. Identificar cualitativa y cuantitativamente los distintos estados de la materia.

MATERIALES •

https://phet.colorado.edu/en/simulation/states-of-matter-basics

PROCEDIMIENTO

PARTE I

1) Ingrese a la siguiente dirección electrónica y descargue el archivo: states-of-matterbasics_en.html https://phet.colorado.edu/en/simulation/states-of-matter-basics 2) Al ejecutarlo, se desplegará en su navegador el siguiente archivo HTML. 3) Seleccione “PHASE CHANGES”, de manera que se abrirá la siguiente ventana. 4) Tómese unos minutos para explorar la simulación 5) Arriba a la derecha, seleccione "Oxígeno", mostrándose en la cámara una cantidad de moléculas de oxígeno. ¿Cuál es el estado de la materia que se presenta? Explique. 6) Aumente la temperatura del oxígeno a ~150 K. ¿Cuál es el estado de la materia que se muestra? Explique.

PARTE A 1) Deje el oxígeno a 150 K. En la tabla a continuación, anote la presión y la temperatura del oxígeno. 2) Aumente la temperatura del oxígeno a aproximadamente 450 K. Anote la nueva temperatura y presión. 3) Aumente la temperatura del oxígeno a aproximadamente 900 K. Anote la nueva temperatura y presión. 4) ¿Esta la temperatura de una cantidad de gas relacionada con su presión a volumen constante? Explique. 5) Haga un gráfico de la presión en función de la temperatura de manera que se ilustre esta relación.

PARTE B 1) Reinicie la simulación y elija oxígeno. 2) Aumente la temperatura del oxígeno a 450 K. 3) Al volumen que tenemos actualmente le llamaremos "Contenedor 1". En la siguiente tabla anote el volumen y la presión del oxígeno. 4) El dedo de la tapa arrástrelo con el mouse hacia abajo para disminuir el volumen a la mitad del contenedor. Enfríe el oxígeno a 450 K. Anote el nuevo volumen y presión en la tabla. 5) Arrastre el dedo hacia abajo para disminuir el volumen a 1/4 del contenedor. Enfríe el oxígeno a 450 K. Esto puede tomar tiempo. 6) Anote el nuevo volumen y presión en la tabla respectiva. 7) ¿Esta el volumen de una cantidad de gas relacionado con su presión a temperatura constante? Explique. 8) Haga un gráfico que ilustre la relación anterior.

PARTE C 1) Reinicie la simulación y seleccione el oxígeno. 2) Con el mouse nuevamente arrastre el dedo hacia abajo hasta que la presión sea de aproximadamente 100 atm. Al inicio la presión no cambiará. 3) En la siguiente tabla, anote la temperatura y el volumen del oxígeno. Estime el volumen como una fracción de un contenedor. 4) Arrastre el dedo hacia arriba para aumentar el volumen a 1/2 del contenedor. 5) Caliente el oxígeno hasta que la presión vuelva a estar a 100 atm. Esto le tomará tiempo. Anote la nueva temperatura y el volumen en la tabla. 6) Arrastre el dedo hacia arriba para aumentar el volumen a 1 contenedor. Calienta el oxígeno hasta que la presión vuelva a estar a 100 atm. Esto nuevamente le tomará tiempo. Anote la nueva temperatura y el volumen en la tabla. Tabla 3 Temperatura en función del volumen (Presión constante) Temperatura T (K) Volumen V (contenedores) 7) ¿Esta la temperatura de una cantidad de gas relacionada con su volumen a presión constante? Explique. 8) Haga un gráfico que ilustre la relación anterior.

ANALISIS DE DATOS 1) Si las leyes de un gas son verdaderas para una cantidad fija de gas, explique por qué no usamos el inflador de bicicleta que está al lado del contenedor. 2) Una persona de 70 kg cuya temperatura corporal es de 37.0 °C consume una gaseosa de 355mL de una bebida gaseosa (principalmente agua) que está a 12.0. ¿El cambio en su temperatura corporal es lo suficientemente grande como para medirse con un termómetro médico? Explique. 3) Investigue cómo funciona un tensiómetro.

BIBLIOGRAFÍA [1] Calvo, I. (2021). Estados de la Materia. Escuela de Física. Universidad de Costa Rica. [2] Carpi, A. (2004). La Materia: Estados de la Materia. Visionlearning Vol. CHE-3 (1). https://www.visionlearning.com/es/library/Qu%C3%ADmica/1/La-Materia:-Estados-de-laMateria/120 [3] González, R. (2021). El lugar más frío del Universo: Condensados de Bose-Einstein. Facultad de Ciencias. Universidad de Granada. https://fciencias.ugr.es/46-ciencia-y-sociedad/2794-ellugar-mas-frio-de-universo-condensados-de-bose-einstein...