3 t1 estructura corpuscular 2015 val

Fsica i qumica 3r ESO Tema 1: Estructura corpuscular de la matria.

1. Com sn els materials per dins?ESTRUCTURA CORPUSCULAR DE LA MATRIA.La naturalesa que ens rodeja se'ns presenta als sentits en una gran varietat de formes, colors, textures, etc. Els materials de qu estan fets els cossos i les coses es diferencien molt, a primera vista, uns d'altres. Cada u dels minerals, les pedres, els animals, vegetals, ens pareixen com nics I diferents de la resta.

Encara que hi haja gran diversitat en les coses objectes, cossos, sers, materials, etc- que formen la naturalesa, el cientfic es planteja la pregunta de si hi ha propietats comunes a tots ells per a poder abordar el seu estudi i extraure conclusions que ens permeten entendre, descriure i explicar els fenmens que tenen lloc en el mn en qu vivim.

Activitat 1.Fixa't en les illustracions de davall:a) Quines propietats tenen el materials de les fotografies? Com es relatziona eixes propietats amb la seua utilitzaci?

b) Quin criteri utilitzaries per a classificar aquests materials?

c) Com els classificaries?

- 1 -


Activitat 2.Quines propietats caracterstiques tenen tots el materials malgrat que estiguen en estats diferents?

Aix ja la havien vist altes anys, per, encara queden problemes oberts sense resoldre i que tractarem d'abordar en aquest tema: Com sn els materials per dins?, s a dir, Quina s l'estructura interna dels materials? Seran estructures distintes per a cada material? O al contrari, i encara que en principi veiem una enorme diversitat de propietats i comportaments, hi ha una estructura comuna per a tots ells?

Des de molt antic els filsofs i cientfics s'han fet tamb estes preguntes i han desenvolupat dos lnies d'investigaci: una, ms evident, que defn la naturalesa contnua de la matria: podem tallar qualsevol material en trossos cada vegada ms xicotets fins als lmits que marca l'instrument (ganivet, bistur, punta de diamant, lser); i l'altra, que defn la naturalesa discontnua de la matria i suposa que els materials estan formats per partcules molt xicotetes que ja no es poden dividir ms.

Com la tasca no s fcil, l'estratgia que seguirem ser abordar l'estudi de l'estructura interna de la matria, en un primer moment, per al cas dels gasos, familiaritzant-nos amb la gran diversitat de propietats i comportaments dels mateixos. Desprs, i per a poder explicar els fenmens observats, intentarem elaborar, a manera d'hiptesi, un model de la matria per als gasos. Finalment, veurem si s possible fer-ho extensible a lquids i slids; s a dir, si el model elaborat s vlid tamb per a lquids i slids. Per a aix seguirem l'ndex segent:

1. Estructura dels gasos. 1.1 Propietats dels gasos. 1.2 Un primer model per a l'estructura dels gasos. 1.3 Magnituds que servixen per a caracteritzar a un gas. 1.4 Lleis dels gasos. 1.5 Pressi atmosfrica.2. Estructura dels lquids i slids. 2.1 Propietats dels lquids i slids. 2.2 Extensi del model de gasos a lquids i slids. 2.3 Canvis d'estat.3. Problemes oberts.

- 2 -


1. ESTRUCTURA DELS GASOS.

1.1. Propietats dels gasos.

Una primera classificaci pot ser la basada en els tres estats en qu est la matria: slid, lquid o gass. Per a establir aquesta classificaci, hem de fer servir les propietats caracterstiques de cada estat.

Activitat 3.Escriu en el teu quadern alguns gasos que conegues.

Activitat 4.Enumera algunes propietats dels gasos.

Activitat 5.Posa exemples de la teua vida quotidiana on es mostren aquestes propietats. Pots descriurels mitjanant redaccions o amb dibuixos o tots dos, per intentant que quede els ms comprensible possible.

- 3 -


Activitat 6.Dissenyarem algunes d'aquestes experincies de forma cientfica i intentarem portar-les a terme per demostrar que sn certes.

- 4 -


1.2. Un primer model per a l'estructura dels gasos.

Una vegada descrites les propietats anteriors, segurament ens agradaria tindre respostes a tots estos interrogants i preguntes que hauran tornat a sorgir: com sn els gasos per dins i quina s la seua estructura interna per a poder explicar aquesta diversitat de comportaments?

Plantejat el problema a resoldre, utilitzarem el mtode cientfic: formulant idees a manera d'hiptesis explicatives i acabar elaborant un model com per a l'estructura interna de tots els gasos que ens permeta explicar una a una totes les propietats esmentades anteriorment.

Activitat 7.1. Realitza (o torna a realitzar) l'experiment segent: Espenta l'mbol d'una xeringa que t en l'interior aire tancat.2. Formula una hiptesi que explique per qu els gasos es comprimixen amb tanta facilitat.

3. Idea una manera de representar (fes un dibuix) el gas tancat en una xeringa.

Activitat 8.Formula una hiptesi que explique l'experincia per qu quan s'escapa o es deixa sortir un gas (but, perfum) en una habitaci al cap d'una estona podem olorar per tota l'habitaci. s a dir, per qu els gasos es difonen amb tanta facilitat. Dibuixa l'abans i el desprs.

Abans Dresprs

- 5 -


Activitat 9.Formula una hiptesi que explique per qu els gasos exercixen forces sobre les parets del recipient que els cont.Experiment:

Al comprimir el gas tancat en una xeringa i tornar a soltar, l'mbol torna al seu lloc inicial. Al bufar aire en l'interior d'un globus, s'unfla.

Activitat 10.Arreplega totes les idees i hiptesis anteriors i elabora un resum amb totes elles en forma de modelcintic corpuscular de la matria per als gasos.

- 6 -


1.3. Magnituds que servixen per a caracteritzar a un gas.

El model cintic corpuscular elaborat per a l'estructura interna de tots els gasos ens ha perms explicar totes les propietats dels mateixos. Per podem continuar avanant establint lleis amb les seues expressions matemtiques que descriguen el comportament dels gasos (Boyle). Per a aix s necessari introduir magnituds fsiques macroscpiques que es puguen mesurar.

Activitat 11.Indica magnituds (factors, variables) fsiques macroscpiques que es puguen mesurar i que ens servisquen per a descriure l'estat d'un gas.

Activitat 12.Explica i dibuixa, amb el model cintic corpuscular elaborat i la seua representaci, per qu els gasos ocupen tot el volum del recipient que els cont.

Tamb vam estudiar que el volum s una propietat general, per no s una propietat constant, sin que varia amb la temperatura i la pressi. Sabem que si exercim pressi sobre el gas tancat en una xeringa podem disminuir el seu volum.

Activitat 13.Explica i dibuixa, amb el model cintic corpuscular elaborat i la seua representaci, el fonament dels pneumtics dels cotxes i les bicis, els matalafets de platja i l'olla de pressi.

- 7 -


Activitat 14.Explica i dibuixa, amb el model cintic corpuscular elaborat i la seua representaci, per qu alcalfar un gas es dilata.

Activitat 15.Com podries demostrar fcilment all que s'ha comentat en l'activitat anterior?

- 8 -


Activitat 16.Explica i dibuixa, amb el model cintic corpuscular elaborat i la seua representaci, un bal ambpoc aire i un altre molt unflat, i compara ambdues situacions.

1.4. Lleis dels gasos.

Activitat 17.Indica els factors (magnituds, variables) de qu dependr la pressi del gas tancat dins d'un recipient i el tipus de dependncia.

Activitat 18.Lectura:

De qu creus que va la lectura segons la llista de paraules que hi ha a continuaci?Gasos idealsPressi (P)Volum (V)

Temperatura (T)

Condicions constantsInversament proporcional.Directament proporcional.Nombre de partcules (N)

LES LLEIS DELS GASOSHan estat diversos els cientfics que han estudiat les propietats dels gasos i quines sn les relacions entre aquestes. D'aquests estudis s'han obtingut diverses lleis que ens poden ser tils per a deduir caracterstiques dels gasos.

El nmero 1 comenta que s'ha llegit a la resta del grup (paraules noves, idees ms importants, relaci amb altres coneixements), aquests pregunten o completen la informaci presentada pel company.

- 9 -


En totes aquestes lleis que veurem a continuaci es considera que els gasos sn ideals, el que vol dir que es pren com a base un comportament general i igual en tots els gasos, sense tenir en compte les possibles interaccions que hi pot haver entre les partcules de gas o la influncia de la grandria d'aquestes.Una llei s la de Boyle-Mariotte (o Llei de Boyle), formulada per Robert Boyle i Edme Mariotte. s una de les lleis dels gasos ideals que relaciona el volum i la pressi d'una certa quantitat de gas mantinguda a temperatura constant. La llei diu que el volum s inversament proporcional a la pressi: PV = k, on k, s constant si la temperatura i la massa del gas romanen constants.

Quan augmenta la pressi, el volum disminueix, mentre que si la pressi disminueix el volum augmenta. Si disminueix el volum del recipient mantenint constant el nombre de partcules i la temperatura, s d'esperar que la pressi augmente en ser major la intensitat i freqncia dels xocs amb les parets.

No s necessari conixer el valor exacte de la constant k per poder fer s de la Llei; si considerem les dues situacions de la figura, mantenint constant la quantitat de gas i la temperatura, haur de complir la relaci:

P1V1 = P2V2


En aquest espai dibuixa la idea del text:

Una altra de les lleis s la de Gai-Lussac que diu que a una pressi constant, en augmentar la temperatura, el volum del gas augmenta i en disminuir la temperatura el volum del gas disminueix. Aix es deu al fet que la "temperatura" afecta al moviment de les partcules. Aix que, a major temperatura, major moviment de les partcules, les quals van a xocar ms contra la paret fent gran el volum del gas.

La seva expressi matemtica quedaria de la segent manera:

P = kT


I qu ocurrira si augmentem la quantitat de gas, el nombre de partcules, mantenint constant la temperatura i el volum? Doncs que a l'haver ms partcules en el mateix volum, es produeixen ms xocs contra la paret, el que produeix que augmente la pressi. Aix en augmentar el nombre de partcules, augmenta la pressi de forma proporcional. L'equaci matemtica d'aquest enunciat quedaria de la segent manera:


- 10 -


P = kN

Totes aquestes lleis podem ajuntar-les en una sola equaci de la segent manera:

P=k NVT

P V=NRT

Activitat 19.Completa el quadro segent a manera de resum d'all que s'ha estudiat fins ara:

Fenomen observat Hiptesi explicativa Dibuix explicatiuEl gas tancat en una xeringa es pot comprimir amb facilitat.

Els gasos difonen amb facilitat.

A l'augmentar la temperatura d'un gas en l'interior d'un recipient de parets rgides, la pressi augmenta.

A l'augmentar la temperatura d'un gas en l'interior d'un cilindre amb mbol, augmenta el volum del recipient que el cont i la pressi es mant constant.

- 11 -

N N


1.5. La pressi atmosfrica.

Fins ara hem estudiat el comportament dels gasos tancats en recipients. No obstant, per a poder explicar molts fenmens i experincies que es presenten al nostre voltant s necessari tindre en compte que la Terra est rodejada per l'atmosfera que s una capa gasosa formada per una mescla de gasos. Per tant, tots els cossos en contacte amb l'atmosfera (el recipient, botella, paret, etc) estan tamb sotmesos a les forces que exercix l'aire atmosfric.

Activitat 20.Un alumne escalfa aigua en un cass. Una vegada que ja est calent l'aboca en una ampolla de plstic i la tanca amb el tap. Aix, la botella queda tapada i semiplena d'aigua. Al cap d'una estona la botella es xafa ficant les parets cap a dins. Explica i dibuixa amb el model cintic corpuscular aquesta experincia.

Com per a molta gent resulta difcil acceptar que l'atmosfera exercix una fora tan gran, al llarg de la histria es van idear experiments que resultaren sorprenents. Potser el ms fams s l'experiment que citem a continuaci.

Activitat 21.Fes un dibuix i explica el fams experiment dut a terme a la ciutat alemanya de Magdeburg en 1.654 per Otto von Guericke. Va utilitzar dues semiesferes (per aix es diu experincia dels hemisferis de Magdeburg) de metall, buides, que podien unir-se perfectament. El seu dimetre era de 55 cm. Estant plenes d'aire, no hi havia cap dificultat en separar-les. Desprs feia el buit i enganxava cavalls que tiraven de cada hemisferi. Es van necessitar setze cavalls, huit de cada costat, per poder separar-les.

- 12 -


Activitat 22.En un altre fams experiment, el cientfic itali Torricelli va aconseguir mesurar en 1643 la pressi que exerceix l'aire atmosfric. Torricelli va omplir un tubet de vidre molt llarg (1 m) amb mercuri i tapant amb un dit li va donar la volta i el va introduir cap per avall en un recipient que contenia mercuri i va retirar el dit. El mercuri va comenar a baixar pel tub per no es va buidar per complet, quedant a una alada de 76 cm. Per qu no queia tot el mercuri? Fes un dibuix i explica l'experiment.

- 13 -


L'experiment anterior s el fonament de l'instrument anomenat barmetre i que servix per a mesurar la pressi atmosfrica. D'aquesta manera, Torricelli va ser el primer capa de mesurar la pressi atmosfrica que a nivell del mar s de 76 cm de mercuri i equival a una atmosfera.

Per a acabar amb l'estudi dels gasos, posarem en prctica els coneixements adquirits explicant el funcionament d'un pulm artificial que es pot construir com s'indica a continuaci.

Activitat 23.Com funciona llavors els nostres pulmons? Com creus que respirem?https://www.youtube.com/watch?v=dVDaqtgE6EU

Activitat 24.Intentem fer el segent experiment per veure l'efecte del tabac.https://www.youtube.com/watch?v=kFaE2D4FfSUPodries explicar el que passa usant el model cintic corpuscular?

- 14 -


2. ESTRUCTURA DELS LQUIDS I SLIDS.

El model cintic corpuscular elaborat explica de forma satisfactria el comportament dels gasos. Per no ens podem quedar ac; perqu siga realment important, haur d'explicar tamb el comportament de la matria en els altres dos estats en qu es presenta: lquids i slids. Per a aix, analitzarem si hi ha semblances entre les propietats dels gasos i les de lquids i slids, la qual cosa ens permetr fer extensible el model a lquids i slids.

2.1. Propietats dels lquids i slids.

Activitat 25.Enumera algunes propietats dels lquids i slids.

Activitat 26.Posa exemples de la vida quotidiana on es comprovin aquestes propietats, acompanya-les amb dibuixos.

2.2. Extensi del model de gasos a lquids i slids.

Activitat 27.Utilitzant el model cintic corpuscular elaborat per als gasos, tracta d'explicar per qu s tan difcilcomprimir els lquids i slids. Idea formes de representar un lquid i un slid.

- 15 -


Activitat 28.Explica com s possible que el oxgens siga gas a 25C i el coure siga slid fins i tot a 1000C. A qu creus tu que sn degudes aquestes diferncies segons el material amb el que estigues treballant?

2.3. Canvis d'estat.

Activitat 29.Escriu en l'esquema els noms dels canvis d'estat.

- 16 -


Activitat 30.Com podrem estudiar els canvis d'estat de l'aigua a l'institut? Qu creus que pot passar?

- 17 -


Activitat 31.Utilitzant el model cintic corpuscular elaborat per als gasos, formula una hiptesi sobre qu succex quan un gas es convertix en lquid i aquest en slid. Qu passa amb la temperatura quan ocorre el canvi d'estat?

Activitat 32.A continuaci tens el diagrama de fases de l'aigua. Es representa la temperatura i la pressi per a cada parella de valors pressi-temperatura l'aigua es troba en un estat o un altre.1- Pot trobar l'aigua en els tres estats al mateix temps? A quina pressi i temperatura passa?2- La pressi a la Lluna s molt xicoteta, per qu no pot existir aigua lquida a la Lluna?3- Pot bullir l'aigua a 50C, com?4- En les olles a pressi, la pressi s superior a una atmosfera, qu pots dir de la temperatura a la qual bull l'aigua a l'interior d'una olla a pressi?5- A la pressi d'una atmosfera a quina temperatura fon el gel?, A quina temperatura bull l'aigua?

- 18 -


Finalment, dir, que hem estudiat els instruments utilitzats per a mesurar les diferents magnituds fsiques: proveta per al volum, balana per a la massa, dinammetre per al pes, barmetre per a la pressi. Ara estem en condicions de comprendre el funcionament de l'instrument utilitzat per a mesurar la temperatura denominat termmetre. Per a aix, a ms d'all que s'ha estudiat, hem de pensar que al xocar les partcules intercanvien velocitats (les rpides es frenen i les lentes s'acceleren). Al procs per mitj del qual dos cossos a diferent temperatura intercanvien velocitats (energia) a causa dels xocs entre les seues partcules, es denomina calor. El ms calent i per tant amb major velocitat de les seues partcules, li transferix energia al ms fred, per mitj dels xocs individuals de les partcules d'ambds cossos.

Activitat 33.Explica el funcionament d'un termmetre. Fes un dibuix.

- 19 -


Activitat 34.Construx un mapa conceptual (resum, diagrama, recapitulaci) del model cintic corpuscular de lamatria que tinga en compte els tres estats en qu es presenta (gas, lquid i slid).

3. PROBLEMES OBERTS.

Encara que hem avanat molt en el nostre coneixement de la naturalesa dels materials queden problemes sense resoldre:

Com sn les partcules?: redones i massisses, o estan formades, al seu torn, per altres partcules ms xicotetes?; sn totes iguals o sn distintes depenent del tipus de material?

Qu s el que mant a les partcules en moviment? per qu no es paren? Com estan les crregues elctriques en els materials? dins de les partcules? fora de les

partcules?

- 20 -

3 t1 estructura corpuscular 2015 val

Documents