Física y Química 3.º ESO · La teoría cinético-molecular
Recuerda: la teoría cinético-molecular
Objetivo: Al terminar, sabrás enunciar las ideas básicas de la teoría cinético-molecular, dibujar las partículas de un sólido, un líquido y un gas, y usar esos dibujos para explicar la forma, el volumen, la compresibilidad y la fluidez de cada estado.
Recuerda
Un modelo para explicar la materia
No podemos ver cómo es la materia por dentro, pero sí podemos imaginar un modelo que explique lo que observamos. Un modelo científico es una representación simplificada de la realidad que sirve para explicar fenómenos y hacer predicciones; si alguna observación no encaja, el modelo se corrige.
La teoría cinético-molecular (TCM) es un modelo que explica cómo es la materia por dentro. Sus ideas básicas (postulados) son:
- La materia está formada por partículas muy pequeñas que no se pueden ver.
- Entre las partículas no hay nada (hay vacío).
- Las partículas están en continuo movimiento. Cuanto mayor es la temperatura, más deprisa se mueven.
- Entre las partículas hay fuerzas de atracción (de cohesión), que son más intensas cuanto más juntas están.
Los tres estados según la TCM
| Sólido | Líquido | Gas | |
|---|---|---|---|
| Distancia entre partículas | Muy juntas | Juntas | Muy separadas |
| Orden | Ordenadas, en posiciones fijas | Desordenadas | Totalmente desordenadas |
| Movimiento | Solo vibran en su sitio | Se deslizan unas sobre otras | Se mueven libremente y muy deprisa |
| Atracción | Muy fuerte | Fuerte | Casi nula |
Así se explican las propiedades:
- Sólido: las partículas no cambian de sitio → forma y volumen fijos; ya están pegadas → no se comprime.
- Líquido: las partículas se deslizan → fluye y toma la forma del recipiente; siguen juntas → volumen fijo y casi no se comprime.
- Gas: las partículas se mueven libres y se separan → ocupa todo el recipiente; hay mucho espacio vacío entre ellas → se comprime mucho.
Al dibujar partículas, en los tres estados las partículas son iguales (del mismo tamaño): solo cambia cómo están colocadas y cómo se mueven.
Otros fenómenos que explica la TCM
La temperatura
La temperatura de un cuerpo está relacionada con lo deprisa que se mueven sus partículas. Al calentar un cuerpo, sus partículas se mueven más rápido (vibran más, en un sólido); al enfriarlo, más despacio.
La difusión
La difusión es la mezcla espontánea de dos sustancias por el movimiento de sus partículas, sin necesidad de remover. Por ejemplo, el olor de un perfume se extiende por toda la habitación o una gota de colorante acaba tiñendo toda el agua de un vaso.
- Es muy rápida en los gases (las partículas se mueven libres y hay mucho espacio entre ellas), más lenta en los líquidos y prácticamente nula en los sólidos.
- Es más rápida cuanto mayor es la temperatura, porque las partículas se mueven más deprisa.
La dilatación
Al calentar un cuerpo, sus partículas se mueven más y se separan un poco más: el cuerpo aumenta de volumen (se dilata). Al enfriarlo, se contrae. Las partículas no se hacen más grandes: aumenta la distancia entre ellas.
- Se dilatan los sólidos, los líquidos y los gases (los gases, mucho más).
- Ejemplos: las juntas de dilatación de los puentes y de las vías del tren (huecos que dejan sitio para que el metal o el hormigón se dilate en verano); el líquido de un termómetro, que sube al dilatarse; la tapa metálica de un tarro que se afloja al ponerla bajo el grifo de agua caliente.
Puntos clave
- La materia está formada por partículas en continuo movimiento, con vacío entre ellas.
- A más temperatura, las partículas se mueven más deprisa.
- Sólido: partículas ordenadas y muy juntas que solo vibran.
- Líquido: partículas juntas y desordenadas que se deslizan.
- Gas: partículas muy separadas que se mueven libremente; por eso se comprime.
- Las partículas no cambian de tamaño al cambiar de estado.
- La difusión es la mezcla de sustancias por el movimiento de sus partículas: rápida en gases, lenta en líquidos y más rápida si sube la temperatura.
- Dilatación: al calentar, las partículas se separan y el cuerpo aumenta de volumen; al enfriar, se contrae.
Errores frecuentes
ErrorDibujar las partículas del gas más grandes que las del sólido.
Cómo corregirloLas partículas son las mismas en los tres estados. Lo que cambia es la distancia entre ellas, no su tamaño.
ErrorDecir que en un sólido las partículas están quietas.
Cómo corregirloTambién se mueven: vibran sin salir de su posición. Si el sólido se calienta, vibran más.
ErrorPensar que entre las partículas de un gas hay aire.
Cómo corregirloEntre las partículas no hay nada: hay vacío. El aire está formado precisamente por esas partículas.
ErrorExplicar la dilatación diciendo que «las partículas se hinchan» o «se hacen más grandes».
Cómo corregirloLas partículas no cambian de tamaño. Al calentar se mueven más y se separan algo más: aumenta la distancia entre ellas y por eso aumenta el volumen.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Tres cajas de partículas gráfico (dibujo de partículas)
Dibuja en tres cuadrados cómo están las partículas de agua en un cubito de hielo, en el agua de un vaso y en el vapor de agua (invisible) que hay justo a la salida del pitorro de una tetera hirviendo.
Resolución
Dibujamos los tres cuadrados del mismo tamaño y las partículas como círculos del mismo tamaño en los tres:
- Hielo (sólido): el cuadrado lleno de círculos en filas ordenadas, tocándose. Se pueden añadir pequeñas rayitas alrededor para indicar que vibran.
- Agua líquida: casi el mismo número de círculos, también tocándose, pero desordenados, como canicas amontonadas en el fondo del cuadrado.
- Vapor de agua (gas): pocos círculos muy separados, repartidos por todo el cuadrado, con flechas en direcciones distintas para indicar que se mueven libremente.
Ejemplo 2. El balón de baloncesto situación real (explicar con partículas)
Con el inflador podemos meter cada vez más aire en un balón de baloncesto sin que el balón crezca apenas. Explícalo con la teoría cinético-molecular.
Resolución
El aire es un gas: sus partículas están muy separadas, con mucho espacio vacío entre ellas.
Al inflar, metemos más partículas en el mismo volumen: las partículas quedan más juntas, pero todavía caben porque había mucho hueco. Es decir, el gas se comprime.
Con un líquido no se podría: sus partículas ya están tocándose y no queda sitio para meter más.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Dibuja las partículas de una moneda de cobre (sólido), del aceite de una botella (líquido) y del butano de un mechero cuando sale (gas). Debajo de cada dibujo escribe cómo se mueven sus partículas.
Ver solución
Sólido: partículas ordenadas y juntas que vibran. Líquido: juntas y desordenadas, se deslizan. Gas: muy separadas, se mueven libremente y deprisa.
Tres cuadrados iguales con partículas iguales:
- Moneda: filas ordenadas, tocándose; vibran en su sitio.
- Aceite: juntas pero desordenadas, en el fondo; se deslizan unas sobre otras.
- Butano gas: pocas partículas separadas por todo el cuadrado; se mueven libremente en todas direcciones.
2. Fácil
Explica con la teoría cinético-molecular: a) por qué un líquido toma la forma del vaso; b) por qué un sólido no se puede comprimir.
Ver solución
a) Sus partículas se deslizan unas sobre otras. b) Sus partículas ya están muy juntas, tocándose.
a) En un líquido las partículas están juntas pero no en posiciones fijas: se deslizan y se adaptan a la forma del recipiente. b) En un sólido las partículas están ordenadas y pegadas unas a otras: no hay huecos que se puedan reducir apretando.
3. Fácil
Lee estas descripciones y di a qué estado corresponde cada una: a) «Las partículas están muy separadas y chocan entre sí y contra las paredes del recipiente». b) «Las partículas ocupan posiciones fijas y solo vibran». c) «Las partículas están juntas pero pueden cambiar de sitio».
Ver solución
a) gas; b) sólido; c) líquido.
a) Partículas separadas que se mueven libremente → gas. b) Posiciones fijas y vibración → sólido. c) Juntas pero se deslizan → líquido.
Para practicar más
1. Fácil
Escribe los cuatro postulados de la teoría cinético-molecular con tus palabras.
Ver solución
Partículas muy pequeñas; vacío entre ellas; movimiento continuo, más rápido con más temperatura; fuerzas de atracción entre ellas.
- La materia está formada por partículas muy pequeñas. 2) Entre ellas hay vacío. 3) Se mueven continuamente, más deprisa cuanto mayor es la temperatura. 4) Se atraen entre sí, y la atracción es mayor cuanto más cerca están.
2. Fácil
Corrige estas frases: a) «En el hielo las partículas de agua están quietas». b) «Las partículas del vapor de agua son más grandes que las del agua líquida». c) «Entre las partículas del aire hay más aire».
Ver solución
a) Vibran. b) Son iguales; solo están más separadas. c) Entre ellas hay vacío.
a) En un sólido las partículas no cambian de sitio, pero vibran continuamente. b) Son las mismas partículas en los dos estados; en el gas están mucho más separadas y se mueven más libremente. c) Entre las partículas no hay nada: el aire está formado por esas partículas.
3. Media
Al abrir una botella de refresco, el gas sale y ocupa toda la cocina, pero el refresco líquido se queda en la botella. Explícalo con la teoría cinético-molecular.
Ver solución
Las partículas del gas se mueven libremente y casi no se atraen, así que se separan y llenan todo el espacio; las del líquido se atraen y se mantienen juntas.
En un gas la atracción entre partículas es casi nula y se mueven libres y muy deprisa: se separan y se reparten por todo el espacio disponible. En un líquido las partículas se atraen con fuerza: pueden deslizarse, pero siguen juntas, así que el líquido conserva su volumen y se queda en la botella.