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La materia por dentro

Estados de agregación de la materia y teoría cinética

Hay un chiste clásico infantil... se cuenta que alguien afirma que el agua hierve a los 90 grados. Entonces, otra persona le contesta: "No, el agua hierve a 100 grados", a lo cuál, el primero le replica, haciéndose el listillo: "¡Ah sí!, lo que hierve a 90 grados es el ángulo recto".

Flickr. Teoría cinética de la materia (Dominio público)

La materia del universo se encuentra estable bajo unas condiciones naturales de temperatura, presión o volumen. Si estas varían, la materia cambia de estado. Esto se explica por medio de la teoría cinético-molecular, la cual nos dice que toda la materia está formada por partículas que están ordenadas, se mantienen unidas por fuerzas de atracción y se encuentran en continuo movimiento.

¿Lo investigamos?

Comenzamos con un vídeo interactivo

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Comprobamos en el laboratorio

Duración:
15 minutos
Agrupamiento:
Parejas

Una vez visto el vídeo, vamos a ponernos a trabajar por parejas para realizar diferentes actividades que nos van a ir dando luz sobre la organización interior de la materia y la teoría que la explica.

Comenzamos en el laboratorio. Necesitaremos:

  • Vasos de precipitados
  • Agua
  • Calentador
  • Colorante alimentario

Ponemos un vaso de precipitados con 50 mL de agua fría y otro vaso con 50 mL de agua caliente. En los dos echamos 3 gotas de un colorante alimentario. Observamos lo que pasa y lo describimos en nuestro cuaderno.

Simulaciones: Estados de agregación de la materia

Duración:
2 horas
Agrupamiento:
Parejas

Vamos a trabajar con dos simulaciones complementarias.

Simulación PHET

Estados de la materia

En la zona izquierda vemos un recipiente, donde podemos controlar la temperatura, dándole más calor o frío. En la parte derecha podemos elegir el material que introducimos en el recipiente. Cuando colocamos uno, lo que vemos en la simulación es el aspecto de sus moléculas.

Vamos a observar el comportamiento de dos sustancias químicas en diferentes estados: el oxígeno y el agua.




Paso 1

Elegimos primero el oxígeno, que a temperatura ambiente es un gas, y lo observamos en sus diferentes opciones: oxígeno sólido, líquido y gaseoso. Anotamos en la tabla las temperaturas que marca el termómetro en estos tres estados.

Temperatura (K) Oxígeno sólido Oxígeno líquido Oxígeno gas

Después, partiendo del estado sólido, vamos aumentando la temperatura y observando qué les sucede a sus moléculas, según va pasando a otros estados.

Paso 2

Repetimos el procedimiento anterior, esta vez con el agua. Anotamos las temperaturas en la tabla:

Temperatura (K) Agua sólida Agua líquida Agua gaseosa

Como antes, partimos del estado sólido y vamos aumentando la temperatura y observando qué les sucede a sus moléculas, según va pasando a otros estados. El agua es un poco especial, si observamos con detenimiento, ¿qué le sucede al pasar de sólido a líquido?

Paso 3

Pasamos ahora a la siguiente pantalla. En ella, además de controlar la temperatura, tenemos la posibilidad de hacer presión sobre el recipiente (moviendo la mano) y de introducir más volumen (con la bomba).

Estados de la materiaPHET. Estados de la materia (Dominio público)

Elegimos primero el oxígeno. En el recipiente se encuentra a 27 ºK, o sea, en su estado sólido. Vamos a ver qué sucede con estas tres variables: temperatura, presión y volumen. Para ello, trabajamos manteniendo constantes dos de ellas y mirando qué sucede con una tercera.

Comenzamos por no tocar la temperatura, la dejamos a 27 ºK. Vamos aumentando la presión, bajando la tapa con la mano. Vemos cómo, a más presión, aumenta la temperatura. Hacemos una tabla y una gráfica con cinco datos, desde que comienza a aumentar la temperatura hasta que se produce la sobrecarga. 

Presión (atm) Temperatura (K)
0 27

Ahora mantenemos constante la presión y vamos aumentando la temperatura. ¿Qué sucede? Hacemos una tabla y una gráfica como la anterior, con cinco datos.

Presión (atm) Temperatura (K)
0 27

 Por último, no tocamos ni temperatura, ni presión, sino que vamos a ir introduciendo más volumen con la bomba. ¿Qué sucede?

Repetimos el procedimiento anterior, esta vez con el agua.

Simulación de Educaplus, Jesús Peñas

Estados de agregación de la materia

Estados de agregación de la materiaJesús Peña. Educaplay. Estados de agregación de la materia (Dominio público)

Trabajamos con la simulación

Observamos el comportamiento de las moléculas de acero, agua y helio a 23 ºC,  50ºC y 90 ºC . ¿Qué diferencias vemos?

  • Anotamos los cambios de volumen a estas tres temperaturas en una tabla y observamos los recipientes (probeta, globo). ¿Qué diferencias hay?
  • En el caso del helio, si mantenemos constante la Tª, ¿Qué sucede con el volumen si vamos aumentando la presión?
  • Si mantenemos constantes la presión y el volumen, ¿qué le sucede al globo al ir aumentando la Tª?
  • ¿Cómo lo explica la teoría cinética de la materia?

Cuestiones para pensar

  • ¿Por qué podemos comprimir el gas contenido en una jeringa pero no podemos hacer lo mismo con una jeringa llena de agua?  Lo explicamos utilizando la teoría cinética.
  • A nivel microscópico, ¿por qué la densidad de los sólidos es solo ligeramente mayor que la densidad de los líquidos, pero la densidad de los líquidos es considerablemente mayor que la densidad de los gases? Lo explicamos utilizando la teoría cinética.

Evaluación y reflexión

Una vez que hemos finalizado la tarea, es un buen momento para reflexionar en nuestro diario de aprendizaje. Algunas sugerencias pueden ser:

  • ¿Qué he aprendido?
  • ¿Qué me ha sorprendido más de todo el proceso? ¿Por qué?
  • ¿He cambiado alguna idea previa? ¿Cuál?
  • ¿Qué me ha resultado más difícil? ¿Por qué?

Evaluación de la tarea

La tarea se evalúa con la siguiente escala para valorar el escala para valorar el trabajo de laboratorio (descargar en formato editable, odt, y en pdf):

escala para trabajo en el laboratorioTambién vamos a utilizar la escala para valorar simulaciones en ciencias (descargar en formato editable odt y en pdf):

simulaciones digitales

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