2 La materia y sus propiedades PIENSA Y REFLEXIONA Tanto los buceadores como los astronautas, necesitan continuar respirando en un ambiente sin la atmósfera que tenemos en la Tierra. ¿Cómo se consigue que tengan aire para respirar durante horas? Un mismo volumen de aire puede ser comprimido para que ocupe muy poco espacio, por lo cual, si elevamos mucho la presión de una gran cantidad de gas, conseguiremos que el volumen que ocupa sea muy pequeño.
OBSERVA Y REFLEXIONA Cuando vas de compras a una tienda encuentras diversos productos como fruta, verdura, bebidas, etc. a)
¿Cómo miden la fruta que compras?
b)
¿Qué volumen de líquido contiene una lata normal de refresco?
a)
Utilizan una báscula.
b)
33 cL.
ACTIVIDADES 1.
En uno de los platillos de una balanza de brazos hay un racimo de 7 plátanos, y en el otro hay: 2 masas de 500 g, 2 de 100 g, 4 de 10 g y 1 de 2 g. ¿Qué masa (de media) tiene un plátano? Los 7 plátanos tienen una masa de 1242 g.
1242 g = 177 g 7 plátanos Un plátano tiene una masa de 177 g. 2.
Difícilmente podríamos pesar un grano de arroz con una báscula. Sin embargo es posible conocer su masa promedio. ¿Cómo lo harías? ¿Por qué hablamos de “masa promedio”? Medimos la masa de unos 20 o 30 granos de arroz y luego dividimos por el número de granos. La masa que calculamos es la masa promedio, porque no todos los granos son exactamente iguales en masa.
LABORATORIO EN EL AULA ¿Cuánto ha aumentado su masa? Como puedes deducir del experimento, el aire tiene masa aunque sea muy pequeña, poco más de un gramo por cada litro. La masa ha aumentado en 6 g
8
Unidad 9| ¿Qué es la energía?
3.
¿Qué volumen tenemos en cada uno de estos recipientes? a)
b)
50 mL
4.
10 mL
Explica dos métodos distintos para hallar el volumen de un cilindro de acero de diámetro 6 cm y altura 10 cm. Primero por la fórmula del volumen de un cilindro. V = π · r2 · h = π · 32 · 10 = 283 cm3 La otra manera es sumergiendo el cilindro en una probeta con agua y midiendo el aumento de volumen.
5.
¿Cómo podrías saber el volumen de un tapón de corcho? Ten en cuenta que el corcho flota en el agua. Una manera es, clavar en el corcho una aguja fina (de volumen despreciable) y con su ayuda hundir el corcho en una probeta con un volumen de agua conocido. El aumento de volumen de agua es el volumen del tapón. Otra manera es suponer que el tapón es un cilindro, medir su diámetro y su altura y aplicar la fórmula del volumen de un cilindro.
OBSERVA ¿Cuáles son sólidos? ¿Y líquidos? Todos son sólidos, excepto el alcohol. El alcohol es líquido ¿Los hay de gran dureza? ¿Los hay frágiles? El cuarzo y el vidrio son de gran dureza ¿Hay algún objeto que se pueda disolver en agua? La sal y el azúcar se disuelven en agua ¿Qué objetos pondrías en el circuito para que se encienda la bombilla? La llave, los tubos de cobre y el brazalete Si ponemos un par de gotas, una de agua y otra de alcohol, en sendas cucharas y esperamos unos minutos, ¿crees que se evaporarán por igual? Se evapora antes el alcohol
OBSERVA/ CALCULA Medimos la masa de 1 cm3 de varias sustancias para compararlas. ¿Cuál es la que tiene mayor masa? ¿Y la que menos? 3 A ese dato de la masa de 1cm lo llamamos densidad. ¿Cuál es el más denso? ¿Y cuál el que menos?
¿Qué masa tendría un cubo de aluminio de 100 cm3 de volumen? ¿Y qué volumen ocuparía un lingote de oro de 1 kg de masa? El cubo de oro es el de mayor masa. El cubo de porexpán, el de menor masa. El más denso es el oro y el menos denso el porexpán. El cubo de aluminio tendría m = V · d = 100 (cm3) · 2,7 (g/cm3) = 270 cm3.
¿Qué es la energía| Unidad 9
9
Un lingote de oro de 1 kg (1.000 g) de masa, tendría un volumen de
1000 g = 51, 8 cm3 19, 3 g/cm3
INVESTIGA 1.
¿Es de oro la moneda?
2.
¿Por qué crees que hemos medido el volumen de 10 monedas y no de una sola?
3.
¿De qué otra manera habríamos podido calcular el volumen de una moneda?
4.
Supón que las monedas que estamos investigando fueran de oro. Si el volumen es el mismo, ¿su masa sería mayor o menor? ¿Por qué? ¿Cuánto valdría la masa de una moneda de oro de igual volumen que la de 50 céntimos? No, su densidad no es la del oro Una moneda tiene un volumen muy pequeño, difícil de medir con la probeta. Suponiendo que es un cilindro muy achatado y aplicando la fórmula del volumen de un cilindro. Su masa seria mayor porque el oro tiene más masa en el mismo volumen. m = V · d = 1,1 cm3 · 19,3 g/cm3 = 21,2 g
6.
Habrás visto alguna vez en películas a alguien mordiendo una moneda para comprobar si es de oro o falsa. Si deja las huellas de los dientes en la moneda, es que es de oro puro, si no, se trata de alguna falsificación o de que el oro está mezclado con otros metales. ¿A qué propiedad característica del oro se debe de referir esta facilidad para dejar la huella de los dientes? La dureza, y la maleabilidad
7.
Además de la densidad, las sustancias tienen otras propiedades características ¿Qué otras propiedades servirían para diferenciar monedas de oro de las de otros metales? La conductividad eléctrica, la dureza
8.
3 Una pieza de madera, tiene una masa de 230 g y su volumen es de 245 cm . ¿Cuál es su densidad?
= d
m 230 g = = 0, 94 g/cm3 V 245 cm3
COMPARA Compara los sólidos de la imagen, ¿Qué tienen en común? ¿en qué se diferencian?
¿Son estos materiales elásticos? ¿Y rígidos? ¿Y cuáles son duros? ¿Cuáles de ellos son frágiles? La piedra es rígida, las minas de lápiz son frágiles, la piedra es dura y la goma elástica.
10
Unidad 9| ¿Qué es la energía?
INVESTIGA ¿Los líquidos que mejor fluyen son siempre los menos densos? No, ya que el aceite es menos denso que el vinagre, y fluye peor. La facilidad para fluir depende de la viscosidad. La viscosidad depende de las fuerzas de unión entre las partículas del fluido, mientras que la densidad indica su grado de compactación.
INVESTIGA Investiga la fuerza que hay que aplicar sobre el émbolo de una jeringuilla cerrada para disminuir su volumen de aire. A continuación empuja el émbolo de la primera jeringuilla, ¿Pasa el aire a la otra jeringuilla? Observa lo que ocurre. El aire pasa a la otra jeringuilla y se observa que el volumen es mayor, ya que el aire en la primera jeringuilla estaba comprimido. 9.
El ozono es un gas que se encuentra en la estratosfera y nos protege de la radiación UV más dañina, pero, en la superficie terrestre, es irritante de las vías respiratorias por inhalación. Algunas máquinas fotocopiadoras generan ozono que se emite al aire. ¿Crees que si estás en la misma habitación que la fotocopiadora, pero alejado de ella, estás respirando aire con ozono? ¿Por qué? Sí que respiramos algo de ozono, porque los gases se difunden por todas partes. El experimento del apartado “Aprende a ser investigador” amplía las ideas acerca de la difusión de los gases.
10. Explica, de acuerdo con la teoría cinético-molecular y con el modelo de una sustancia sólida, por qué los sólidos mantienen constante su forma y volumen. En los sólidos, las partículas están juntas y ordenadas, solo con un movimiento de vibración. 11. Los gases están formados por moléculas que se mueven a gran velocidad y de forma caótica e imprevisible. Si tenemos un gas encerrado en un frasco y lo destapamos, describe qué ocurre con las moléculas del gas. ¿Dirías que pasado un cierto tiempo se han marchado todas y el frasco queda vacío? Debido al movimiento de las moléculas, estas se separan unas de otras, ocupando todo el espacio posible. El frasco no queda vacío por dos razones: las moléculas que forman el aire también tienen tendencia a ocupar todo el espacio posible, incluyendo el del frasco y además se mezclan con las del gas que queda en el recipiente. 12. La imagen representa a un gas encerrado en un matraz y conectado a un globo. Si calentamos el gas, el globo se hincha más. ¿Cuál de los dos dibujos puede ser el que encaje mejor con la teoría cinéticomolecular? Justifica la respuesta.
¿Qué es la energía| Unidad 9
11
El dibujo de la izquierda (hipótesis A). Las moléculas aumentan su velocidad, se separan y ocupan más espacio. Al aumentar la temperatura aumenta su velocidad.
EXPERIMENTA 1.
¿Cuál es la temperatura de fusión de esta sustancia?
2.
¿Has determinado la temperatura de fusión o de solidificación? Razona la respuesta.
3.
Copia la gráfica en tu cuaderno y señala los tramos en que la sustancia es sólida, y los tramos en que es líquida.
4.
¿En qué estados se encuentra la sustancia en el tramo horizontal?
1.
En la gráfica se observa que la temperatura se mantiene constante a 70ºC durante unos segundos, mientras la sustancia continúa cediendo calor al ambiente. La temperatura de cambio de estado es de 70ºC.
2.
La de solidificación, porque la sustancia ha pasado de líquida a sólida
3.
Líquida Sólida
4.
Líquida y sólida a la vez
13. Supón que, en lugar de haber usado el tubo de ensayo del Experimenta anterior, fuera un vaso de precipitados lleno con la misma sustancia y que repetimos el experimento. a) ¿La gráfica obtenida sería igual o diferente? Realiza la gráfica temperatura-tiempo (T–t). Argumenta los motivos por los que la has trazado así. b) Dibuja la gráfica T–t, pero suponiendo que, en lugar de enfriar, vamos calentando desde 50 °C hasta 79 °C. a) La gráfica sería igual en cuanto a la temperatura de solidificación, pero el tramo horizontal, del cambio de estado, sería mucho más largo, debido a que la masa es mucho mayor b)
14. Cuando calentamos una sustancia, suministramos energía para que pase de sólida a líquida. a) ¿Qué crees que ocurre con la energía cuando la sustancia en estado líquido solidifica? b) ¿Qué les ocurre a las moléculas?
12
Unidad 9| ¿Qué es la energía?
a) La sustancia pierde energía, que transfiere al ambiente, la misma que le hemos suministrado para pasar de sólida a líquida. b) Las moléculas se juntan, ordenándose (y vibrando en torno a una posición de equilibrio). 15. El agua pura funde a 0 °C. Traza la gráfica del calentamiento de una masa de agua sólida des de –10 °C hasta 10 °C.
EXPERIMENTA 1.
¿Hasta qué temperatura hemos llegado?
¿A qué temperatura hemos empezado a calentar?
2.
Usa la teoría cinético-molecular para explicar los cambios de estado a medida que vamos suministrando energía al agua.
3.
Copia la gráfica en tu cuaderno y rellena los huecos según el estado o estados de la materia que correspondan.
1.
A 21 ºC. Hemos alcanzado los 120 ºC.
2.
Al ir suministrando energía, el movimiento de las moléculas va aumentando, subiendo la temperatura de 21 ºC a 100 ºC. A partir de ese punto las moléculas han adquirido energía suficiente para que el agua pase a estado gas. Una vez en estado gaseoso, al seguir comunicándole energía, la velocidad de las moléculas aumenta por lo que la temperatura sigue aumentando.
3.
Líquido y gas
Gas
Líquido
RAZONA 1.
Multiplica la presión por el volumen ¿Sale el mismo número en todos los casos?
2.
¿Cuál de las siguientes relaciones matemáticas expresa correctamente la relación presión-volumen? A: Presión y volumen son magnitudes directamente proporcionales. B: Presión y volumen son inversamente proporcionales.
3.
Usa los datos para representar la grafica de volumen frente a presión.
1.
El producto Presión x Volumen siempre es P·V = 60 atm · cm 3.
2.
B: Presión y volumen son inversamente proporcionales.
3.
¿Qué es la energía| Unidad 9
13
16. De las dos gráficas del margen, ¿cuál corresponde a la relación presión volumen? La gráfica B.
EXPERIMENTA A medida que calentamos suavemente el agua del vaso, observamos que el volumen de aire de la jeringa aumenta. Si enfriamos, el volumen disminuye. ¿Cómo puedes explicar este comportamiento? Recuerda que el aire es una mezcla de gases y que estos están formados por partículas cuya velocidad se incrementa con la temperatura. En este experimento, ¿qué magnitudes modificamos? ¿Cuál no cambiamos? Usa la teoría cinético-molecular para explicar qué debe ocurrir con las partículas del aire en la jeringa cuando la calentamos. Para explicar el comportamiento, recurrimos a la teoría cinético-molecular: al aumentar la temperatura del agua, también aumenta la del aire de la jeringa; es decir, aumenta la velocidad de las moléculas y por eso el aire se dilata. En este experimento, modificamos la temperatura y observamos que varía el volumen. La presión se mantiene constante. A mayor temperatura, mayor velocidad de las moléculas, y el aire se dilata.
RAZONA 1.
Imagina que conseguimos tener valores de la temperatura y del volumen del gas dentro de la jeringa. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones te parece correcta sobre la relación temperatura-volumen? a) A mayor temperatura, mayor volumen. b) A mayor temperatura, menor volumen.
2.
¿Cuál de las siguientes relaciones matemáticas expresa correctamente la relación presión- volumen? a) Temperatura y volumen son magnitudes directamente proporcionales. b) Temperatura y volumen son magnitudes inversamente proporcionales.
3.
Imagina que vamos enfriando el gas. .Hasta que temperatura podríamos llegar? Para ayudarte, te proporcionamos los datos y la grafica.
Alarga la recta hasta que toque al eje horizontal, que representa los valores de las temperaturas. ¿Cuál es el valor del volumen en este punto? ¿Qué temperatura corresponde al hipotético valor de volumen cero? ¿Por qué ya no es posible bajar más de esta temperatura? 1. a) A mayor temperatura, mayor volumen. 2. b) Temperatura y volumen son magnitudes directamente proporcionales (siempre que la temperatura esté expresada en K).
14
Unidad 9| ¿Qué es la energía?
3. a) El volumen es cero. b) –273 ºC. Ya no es posible bajar más la temperatura porque ya no hay volumen. 17. ¿Qué energía tienen las moléculas de un gas a la temperatura más baja posible? No tienen energía. E = 0.
18. Explica en unas frases por qué es imposible que la temperatura alcance un valor inferior a –273 °C. A esta temperatura, las partículas ya no tienen ningún movimiento y teóricamente no hay volumen, por lo cual no es posible bajar más la temperatura.
EL QUÍMICO AYUDA AL COCINERO a) ¿De qué está formado el vapor que se acumula en el interior de la olla a presión? b) ¿Por qué crees que sale vapor a gran velocidad de la válvula de la olla a presión? c) Visita la siguiente web: www.e-sm.net/svfq2eso02_02. ¿Qué significa la presión atmosférica? ¿Cómo varía con la altura? a) El vapor dentro de la olla a presión es agua. b) Al aumentar la temperatura y mantener el volumen constante, aumenta la presión, por lo que acaba saliendo el vapor por la válvula. c) La presión atmosférica es la fuerza por unidad de área que ejerce el aire sobre la superficie terrestre. La presión atmosférica disminuye con la altura. 1.
¿Por qué tienen válvulas de seguridad las ollas a presión? Razona tu respuesta.
2.
Justifica dibujando con el modelo de partículas la razón por la que el agua hierve a menos de 100 ºC en la montaña.
1. Para evitar que un exceso de presión haga explotar la olla. 2.
APRENDE A SER INVESTIGADOR Este experimento conviene que lo haga el profesorado o, en caso de que lo hagan los estudiantes, el profesorado será quien sumerja los bastoncillos en amoníaco y tape el tubo. ADVERTENCIA DE SEGURIDAD: El amoniaco que hay que usar es de concentración aproximada 20 % v/v, aunque también es posible utilizar amoniaco comercial para limpieza, en venta en las secciones de limpieza de supermercados y droguerías. En este último caso, el peligro por inhalación es menor, pero, al ser menos concentrado, el proceso de difusión puede ser más lento que el explicado en el texto. AMONIACO, NH3. ¡No inhalar! Mantener el frasco bien tapado siempre y manipularlo en una campana de gases. ELIMINACIÓN DE RESIDUOS:
¿Qué es la energía| Unidad 9
15
Una vez terminado el experimento, el profesorado, siempre trabajando en una campana de gases con buena extracción, debe lavar con agua el tubo. El amoniaco residual es muy soluble en agua. El líquido puede verterse en la pila, dejando fluir abundante agua.
19. ¿Cuánto tiempo ha transcurrido entre que empieza a difundirse el gas y recorre todo el tubo? ¿A qué velocidad se propaga? t = 250 s
v=
e 45 cm = = 0,18 cm/s t 250 s
20. La teoría cinético-molecular permite, mediante cálculos avanzados, saber que la velocidad promedio de las moléculas del gas amoniaco ¡supera los 600 km/h! ¿Cómo explicas que hayas encontrado una velocidad de difusión tan pequeña? Las moléculas se mueven chocando entre sí y con las paredes en forma caótica, retrasando así su avance. 21. Describe mediante la teoría cinético-molecular el proceso de difusión de un gas; por ejemplo, el que tiene lugar cuando se destapa un frasco de perfume y al poco tiempo se nota el olor a cierta distancia. Las moléculas de gas, al moverse en todas direcciones, escapan del recipiente, poco a poco avanzan (chocando a su vez con las del aire del ambiente) y ocupan todo el espacio disponible. 22. Ordena correctamente las siguientes operaciones que hay que hacer para medir el volumen de un líquido en una probeta: 1.
Colocar la probeta sobre una superficie plana.
2.
Llenar la probeta con el líquido.
3.
Poner la mirada a la altura del líquido.
4.
Leer el volumen contenido en la probeta.
23. Adela vierte un volumen de 50 mL de un líquido en una probeta. La coloca en una balanza y lee que marca 98,5 g. Luego, vacía la probeta y la pesa de nuevo; la balanza marca ahora 57,4 g. Averigua si el líquido puede ser agua y razona tu respuesta. El peso de los 50 mL de líquido sería: m = 98, 5 g − 57, 4 g = 41,1g
d Por lo cual su densidad es: =
m 41,1g = = 0, 82 g/mL V 50 cm3
Puesto que la densidad del agua es de 1 g/cm3, podemos decir que no es agua. 24. Completa la frase siguiente en tu cuaderno: Los sólidos tienen forma definida; en cambio, los líquidos toman la forma del recipiente que los contiene. Los gases ocupan todo el espacio disponible y su volumen se puede disminuir haciendo presión. 25. Tres estudiantes comparan sus sacapuntas días antes del examen. Cada uno de ellos tiene un sacapuntas diferente; saben que uno es del metal aluminio, el otro de magnesio y el tercero de zinc. Están seguros de que en el examen saldrá una pregunta sobre densidades de los materiales. Por eso deciden investigar de qué metal es el sacapuntas de cada uno. Para ello, miden su masa y volumen. Los datos los ponen en una tabla: Propietario del sacapuntas Rosa Anabel Zacarías
16
Unidad 9| ¿Qué es la energía?
Volumen que ocupa
Masa
3
14,3 g
3
5,5 g
3
44,3 g
5,3 cm 3,1 cm
6,2 cm
A continuación buscan información sobre las densidades de los metales y anotan los siguientes resultados: Magnesio: d = 1,74 g/cm3; zinc: d = 7,14 g/cm3; aluminio: d = 2,70 g/cm3 a) Encuentra la densidad de cada uno de los sacapuntas y descubre quién tiene el de magnesio, quién el de zinc y quién el de aluminio. b) ¿Cómo harías para hallar el volumen de un sacapuntas? a)
m 14, 3 g = = 2, 7 g/cm3 Aluminio V 5, 3 cm3
d Sacapuntas de Rosa: = d Sacapuntas de Anabel: =
d Sacapuntas de Zacarías: = b)
m 5, 5 g = = 1, 7 g/cm3 Magnesio V 3,1cm3
m 44, 3 g = = 7,1g/cm3 Zinc V 6, 2 cm3
Se llena una probeta con agua, hasta un volumen conocido, se sumerge el sacapuntas y se lee el nuevo volumen. El aumento de volumen del agua es el volumen del sacapuntas.
26. Completa la tabla siguiente en tu cuaderno, rellenado las casillas con “SÍ” o “NO”. Estado
Sólido compacto
Sólido pulverizado
Líquido
Gas
Tiene forma propia
SÍ
NO
NO
NO
Ocupa todo el volumen del recipiente
NO
NO
NO
SÍ
Compresible
NO
NO
NO
SÍ
Expandible
NO
NO
NO
SÍ
27. Un experimento en el laboratorio tenía como objetivo encontrar la densidad de algunas sustancias y disoluciones. Recuerda cómo se calcula la densidad y completa en tu cuaderno los datos que falten en el cuadro siguiente: Sustancia
Masa
Volumen
Hierro
150 g
3
Densidad
20,8 cm
Agua con azúcar
200g
160 cm
Gas hidrógeno
0,11 g
1500 cm3 = 1,5 dm3
7,2 g/cm3 1,25 g/cm3
3
0,071 g/dm3
28. ¿Por qué hay bebidas que se llaman light? ¿Será porque son “ligeras”? Así se podría pensar cuando se observa que las latas con bebida light flotan en agua y las normales se hunden: a) b) c) a)
b) c)
Investiga qué diferencia hay entre unas bebidas y otras. ¿Crees que las latas de la fotografía tienen una densidad superior a la del agua (1,0 g/cm3)? Razona la respuesta. ¿Qué característica del agua debería cambiar para que ambas latas flotaran? Las bebidas light no llevan azúcar, sino edulcorantes. Por tanto, su masa es menor para un mismo volumen. Los edulcorantes, con una masa mucho menor, tienen la misma capacidad de endulzar que el azúcar. La lata que queda en el fondo es más densa que el agua. Hay que aumentar la densidad del agua, por ejemplo, disolviendo azúcar. Si se mide la masa de azúcar que hay que añadir al agua para que la lata flote como la light, esta cantidad corresponde a la masa de azúcar que lleva la bebida normal.
¿Qué es la energía| Unidad 9
17
29. Una técnica de supervivencia en la selva explica cómo purificar agua contaminada. El invento, una vez colocado al sol, al cabo de unos minutos empieza a generar agua limpia:
¿Qué cambios de estado observas en este invento? Evaporación del agua (de líquido a gas) y condensación (de gas a líquido) en la parte superior. 30. smSaviadigital.com OBSESRVA. Analiza el vídeo del experimento y compáralo con el del ejercicio 29. ¿Qué analogías y diferencias encuentras? En ambos podemos ver cómo el agua se evapora y se separa de las demás sustancias para poder obtener agua limpia. 31. Razona si las frases siguientes son verdaderas o falsas: a)
En los cambios de estado, la temperatura no cambia.
b)
Solo pueden sublimar los líquidos.
c)
El agua se evapora a 100 °C.
a)
Verdadera. El calor se invierte en el cambio de estado, no en un aumento de la temperatura.
b)
Falsa. La sublimación es propia de los sólidos, que pasan de estado sólido a estado gas.
c)
Falsa. La evaporación es el paso de líquido a gas y se produce a cualquier temperatura. Es un fenómeno que se produce en la superficie de los líquidos. La ebullición del agua sí que ocurre a los 100 ºC (en condiciones normales de presión).
32. Antonio ha hecho un experimento sobre la fusión de una sustancia, el ciclohexano, y ha obtenido la siguiente tabla: Tiempo (min)
0
1
2
3
4
5
6
Temperatura (°C)
-10
-5
1
4
5
6
6
Tiempo (°C)
7
8
9
10
11
12
13
Temperatura (°C)
6
6
7
7
12
17
24
a)
Dibuja el gráfico que representa la variación de la temperatura en función del tiempo.
b)
Indica en la gráfica los estados del ciclohexano.
c)
¿Cuánto tiempo ha tardado el ciclohexano en fundirse?
d)
Antonio opina que la gráfica sería idéntica aunque la masa de ciclohexano fuera mayor. Silvia piensa que cambiaría en al menos un aspecto. ¿Quién crees que tiene razón? Explica tu respuesta.
a)
18
Unidad 9| ¿Qué es la energía?
b)
Sólido + líquido
Líquido
c) Si nos ajustamos a la teoría, serían 4 minutos (en los que se ha mantenido constante la temperatura). En las
experiencias de laboratorio, sin embargo, no se aprecian tramos perfectamente rectos, por lo que podríamos responder que ha durado unos 6 minutos, desde el 4 hasta el 10, en el que claramente empieza a subir de nuevo la temperatura.
d) El tramo horizontal del cambio de estado sería mucho más largo, debido a que, al haber más masa, hay que suministrar calor durante más tiempo para que se produzca el cambio de estado.
33. Ana coloca en el plato de una balanza una probeta graduada con 100 mL de agua líquida. La balanza con la probeta con agua marca 100,0 g. A continuación lleva la probeta al congelador y, unas horas más tarde, toma la probeta con el agua congelada y la pesa de nuevo. ¿Qué crees que habrá cambiado? a)
Nada habrá cambiado; masa y volumen se habrán mantenido sin variar.
b)
La masa habrá aumentado, así como el volumen, ya que el agua se dilata al congelarse.
c)
El volumen será mayor, pero la masa será de 100,0 g.
d)
El volumen habrá disminuido, ya que el agua sólida es algo más densa que el agua líquida.
Respuesta correcta: c) El volumen será mayor, pero la masa será de 100,0 g. 34. La compañía REPSOL dispone de varios buques “metaneros” que transportan 153 000 m3 de metano en estado líquido. Para su transporte, el metano se licua a –163 °C. Una vez ha llegado a destino, se vaporiza a temperatura ambiente y, mediante tuberías, se distribuye a los hogares.
a)
¿Cuál es el estado del metano a temperatura ambiente?
b)
El gas ocupa un gran volumen, por eso se transporta en estado líquido. ¿Qué cambios de estado experimenta el metano desde que se extrae de los yacimientos hasta que llega a los hogares?
c)
¿A qué temperatura hierve el metano?
a)
Gas.
b)
Del yacimiento al buque: licuación. Del buque a los gaseoductos hasta los hogares: vaporización (ebullición).
c)
163 ºC.
¿Qué es la energía| Unidad 9
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35. ¡Hoy preparamos un plato de pasta! Ponemos agua en una olla grande y esperamos a que hierva antes de echar la pasta.
a)
¿A qué cambio de estado corresponde la ebullición?
b)
¿Qué gas crees que contienen las burbujas que suben a la superficie y estallan?
c)
¿De dónde proceden las gotas de agua que vemos resbalar por la cubierta de la olla? ¿Qué cambio de estado han realizado?
a)
Paso de líquido a gas.
b)
Agua en estado gaseoso.
c)
Proceden del vapor de agua que se condensa. Pasan de gas a líquido.
36. Los tres dibujos siguientes representan el caso de un gas encerrado en un matraz y conectado a una jeringa. Si calentamos el gas, el émbolo de la jeringa sube. ¿Cuál de las dos explicaciones puede ser la que encaje mejor con la teoría cinético-molecular para explicar por qué se dilata el gas y el émbolo sube? Razona tu respuesta.
La hipótesis A. Las moléculas aumentan su velocidad, se mueven más rápido y ocupan mayor volumen, empujando el émbolo de la jeringa. No es correcta la hipótesis de que las moléculas se dilatan con el calor. 37. Nos hemos fabricado un sencillo dispositivo con una botella y una pajita de refrescos: Cuando agarramos la botella con las manos, el nivel del líquido sube. Si la rodeamos con unos cubitos de hielo, el nivel baja.
20
a)
Explica mediante la teoría cinético-molecular qué ocurre con el aire del interior de la botella al calentar y al enfriar la botella.
b)
¿Por qué sube o baja el líquido de la pajita de refrescos?
c)
¿Qué le faltaría a este dispositivo para usarlo como si fuera un termómetro?
Unidad 9| ¿Qué es la energía?
a)
Las moléculas aumentan su velocidad, se mueven más rápido y ocupan mayor volumen. Al enfriar, las moléculas se mueven más lentamente y el aire se contrae.
b)
Las moléculas aumentan su velocidad, se mueven más rápido y ocupan mayor volumen, haciendo presión sobre el nivel del líquido, el cual sube por la pajita. Al enfriar, el aire se contrae, hace menos presión y baja el nivel en la pajita.
c)
Marcar una escala numérica en la pajita, indicando la temperatura. Para ello habría que calibrarla, comparando el nivel de líquido en la pajita con lo que marca un termómetro en el mismo instante.
PONTE A PRUEBA ¿Sabía Indiana Jones qué es la densidad? 1
Según las imágenes, el tamaño de la estatua puede semejarse al de un cilindro con unas dimensiones de 8 cm de radio y 25 cm de altura. ¿Cuánto vale su volumen?
2
Si la estatua fuera toda ella maciza (dato: el oro tiene una densidad de 19,3 g/cm3): a)
¿Cuál sería su masa?
b)
¿Cuál debería ser la masa del saco de arena?
3
Aun suponiendo que la estatua no fuera maciza, sino que solo la cuarta parte del volumen fuese oro, ¿cuál debería ser la masa del saco de arena?
4
Y teniendo en cuenta que la densidad de la arena es de 1,9 g/cm3, ¿qué volumen de arena debería tener el saco para que, al ponerlo en el pedestal, no se notara el cambiazo?
5
Si ahora comparas tus cálculos con el volumen y tamaño del saco de arena que usa Indiana Jones, ¿dirías que Indiana tenía claro lo que significa la densidad? 1. El volumen de un cilindro se calcula por la fórmula 2 2 V = π · r · h = π · 8 · 25
V = 5024 cm3
2. a)
m = V · d = 5024 cm3 · 19,3 g/cm3 = 96 963 g
b)
La misma que la de oro, para que no se activaran las trampas.
c)
m = 97 kg de arena.
3. = m
97 = 24, 2 4
m = 97 kg de oro
m = 24,2 kg de arena
4. Masa de arena = 24,2 kg = 24 200 g
V =
m 24 200 g = = 12 740 cm3 d 1, 9 g/cm3
12740 cm3 = 12,7 dm3 = 12,7 L
5. Unos 12 litros equivalen al volumen de casi 40 latas de una bebida. El saco de arena no tiene ni mucho menos este volumen. Por tanto, pesa mucho menos que la cabeza de oro. Se comprende que, al apropiarse de la cabeza de oro y no compensar su peso con arena suficiente, se pongan en marcha las terribles trampas…
¿Qué es la energía| Unidad 9
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Composición del planeta Kepler 1
¿Qué sustancias forman los océanos de este planeta en invierno y en verano?
2
¿Cuál es la composición de su atmósfera en invierno y en verano?
1
Los océanos en invierno son de dióxido de azufre y amoniaco. En verano, de agua; el dióxido de azufre y el amoniaco han pasado a gases.
2
En invierno la atmósfera es de dióxido de carbono y nitrógeno. En verano, de dióxido de carbono, dióxido de azufre, nitrógeno y amoniaco.
Gráfica de temperatura Observa los datos obtenidos y responde. 1.
respuesta.
¿El líquido se está calentando o enfriando? Razona la
2.
¿Se puede deducir que ha ocurrido un cambio de estado? Si es así, ¿cuál ha sido? ¿A qué temperatura ha sucedido?
3.
Identifica los distintos tramos que ves en la gráfica y explica qué ocurre usando la teoría cinético-molecular.
1.
Se enfría. La temperatura disminuye.
2.
El líquido ha solidificado a los 40 ºC.
3.
Al disminuir la temperatura, las moléculas del líquido pierden energía y se mueven menos, hasta que llega un momento en que se ordenan para formar un sólido.
Líquido Líquido y sólido Sólido
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Unidad 9| ¿Qué es la energía?
AUTOEVALUACIÓN 1.
Las unidades en el sistema internacional de presión, masa, volumen y temperatura son:
5.
a) Pascal, kilo, litro y Kelvin. b) Pascal, kilo, m3 y grados. c) Pascal, kilo, m3 y Kelvin. d) Atmósfera, m3 y Kelvin. Respuesta correcta: c) 2.
Una caja en forma de cubo mide 100 cm de lado. Un estudiante calcula su volumen; el resultado que obtiene es de: a) 100 000 litros 3
b) 1 m
c) 100 litros
4.
a)
Algunos son sólidos y otros líquidos.
b)
100 g de un sólido siempre ocupan más volumen que 100 g de un líquido.
c)
100 g de un líquido siempre ocupan más volumen que 100 g de un sólido.
d)
Los líquidos y los alimentos que medimos tienen distintas densidades.
Respuesta correcta: d)
d) 100 000 cm3
Respuesta correcta: b) 3.
En la cocina tenemos un vaso para medir masas. La división para los 100 g de los diversos alimentos y líquidos no coincide porque…
6.
Para calcular la densidad de la arena, una estudiante propone pesar una cierta masa de arena y luego poner 100 cm3 de agua en una probeta que mide como máximo un volumen de 100 cm3, echar la arena y leer en cuánto ha aumentado el volumen de agua. Este método es:
Arturo ha colocado un poco de hielo triturado, que ha sacado del congelador. Lo ha calentado y ha tomado nota de las temperaturas durante varios minutos. Luego ha trazado la gráfica de temperaturas en función del tiempo. La frase que se ajusta a los resultados obtenidos es:
a) Incorrecto; debería usar una probeta de mayor capacidad.
a)
b) Incorrecto; la arena en agua quedaría disuelta y no habría manera de saber cuánta hay.
Los tramos BC y DE corresponden a cambios de estado.
b)
c) Correcto; bastaría con dividir la masa que ha medido por el aumento de volumen en la probeta.
Solo en los tramos BC y CD el agua gana calor.
c)
d) Correcto; bastaría con dividir el aumento de volumen en la probeta entre la masa que ha medido.
El agua tarda igual tiempo en fundir que en hervir.
d)
Entre B y D solamente hay agua líquida.
Respuesta correcta: a)
Respuesta correcta: a)
El agua sólida es menos densa que el agua líquida. 7. Teniendo en cuenta este hecho, escoge la frase correcta:
¿Qué ocurre con las partículas cuando se calienta una sustancia?
a)
40 mL de agua líquida se convierten en 40 mL de hielo.
a)
b)
20 g de hielo, al fundirse, se convierten en 20 g de agua.
Aumenta la velocidad de las partículas tanto si es solida como si es líquida o gas.
b)
c)
50 g de agua, al congelarse, se convierten en 45 g de hielo.
Aumenta la velocidad de las partículas solo en los gases.
c)
d)
1 litro de agua líquida, al congelarse, ocupa 900 mL.
Si es un sólido, las partículas se funden y luego se evaporan.
d)
La sustancia cambia de estado.
Respuesta correcta: b)
Respuesta correcta: a)
¿Qué es la energía| Unidad 9
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