presentació pàgina 6 · 1. propietats dels sistemes materials 1.1 propietats generals. la massa i...
TRANSCRIPT
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�� ������������� ��������� �
�
Presentació Pàgina 6 • Matèria és tot allò que té massa. • Les propietats que permeten diferenciar les substàncies s’anomenen propietats característiques,
com la densitat, la temperatura de fusió i d’ebullició, la solubilitat. • Aquestes propietats permeten diferenciar un tipus de matèria d’un altre. • La matèria està formada per partícules que poden ser àtoms, molècules o ions. • Els tres estats de la matèria són: sòlid, líquid i gas. • Els canvis d’estat són de sòlid a líquid o de líquid a sòlid, de líquid a gas o de gas a líquid i de sòlid
a gas o de gas a sòlid. Es produeixen quan hi ha una transmissió o una absorció d’energia. 1. Propietats dels sistemes materials
1.1 Propietats generals. La massa i el volum Observeu i raoneu Pàgina 8 a) Les balances només permeten mesurar la massa i les provetes el volum, però no permeten
diferenciar altres propietats. b) Massa i volum són propietats generals de les substàncies. ACTIVITATS Pàgina 8 1. La massa és la quantitat de matèria que posseeix un sistema material. El volum és l’espai que
ocupa un sistema material. 2. a) És un mètode indirecte, ja que cal efectuar la mesura del volum de líquid desplaçat per la pedra.
b) 20 mL i 40 mL (aproximadament, per la dificultat de llegir la gradació) c) El volum de la pedra és de 20 mL. d) La pedra és un sistema material, pel fet que té unes determinades propietats. e) No serveix sempre. Per exemple, no podríem determinar el volum d’un cos soluble en aigua, com ara un cristall de sal.
3. Un dels mètodes consisteix a mesurar el diàmetre del cos per calcular el volum de l’esfera. Un altre
mètode és aplicar el principi d’Arquimedes: el volum del cos submergit dins l’aigua ha de ser igual al volum d’aigua desplaçada quan hi submergim aquest cos.
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES És possible que els infants plantegin el supòsit d’un cos que flota en aigua sense enfonsar-s’hi. En aquest cas, suggeriu-los que el cos porta un llast, de manera que queda submergit.
1.2 Propietats especifiques. La densitat Calculeu i raoneu Pàgina 9
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Els resultats s’expressen amb tres xifres significatives. Es pot explicar als alumnes aquest fet a partir de l’enllaç www.e-cruilla.cat/3fq60.
a) Indiquen la quantitat de massa en un determinat volum.
Aigua Oli vegetal Massa Volum Massa/volum Massa Volum Massa/volum 75,0 g 75,0 cm3 1 g/cm3 69,0 g 75,0 cm3 0,920 g/cm3
100,0 g 100,0 cm3 1 g/cm3 92,0 g 100 cm3 0,920 g/cm3
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�� ������������� ��������� �
�
b) Els valors són diferents. c) La densitat (d) d’una substància és la massa (m) que correspon a una unitat de volum (V)
d’aquesta substància. d) e) És una propietat específica, perquè depèn de la substància que el constitueix. Imatge Pàgina 9 1 cm3 d’or, ja que la seva densitat és més gran que la de la plata. ACTIVITATS Pàgina 9 4. kg/m3 5.
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Els resultats s’expressen amb tres xifres significatives en els casos que és possible.
ACTIVITATS INTERACTIVES Pàgina 9 1. Tots els objectes de l'univers són matèria, i cadascun d'ells, considerat individualment, constitueix
un sistema material. Tots els sistemes materials ocupen un espai i tenen massa, a més d'una sèrie de propietats que es poden classificar en dos tipus: les generals, que són presents en tots els sistemes materials, com ara la massa i el volum, i les específiques, que depenen de la substància estudiada, com ara la densitat, entre moltes altres.
2. Quina de les propietats següents no és de tipus general?
• La densitat. 3. Les propietats específiques...
• aporten informació sobre la composició de la substància. 4. Tots els objectes que ens envolten es consideren matèria. La proveta és un aparell per mesurar volums de sistemes materials. Per mesurar el volum d'un sòlid, només cal submergir-lo en un líquid i veure quin volum d'aquest
ha desplaçat. 5. Quina de les afirmacions següents sobre la massa és falsa?
• La seva unitat en el sistema internacional és el gram. 6. Per mesurar el volum d'un líquid, només cal abocar-lo en un recipient graduat. En canvi, per
mesurar el volum d'un sòlid, cal submergir-lo en un líquid i mesurar el volum desplaçat. Per saber el volum d'un gas, cal recollir-lo damunt d'un líquid i mesurar-ne la part que s'ha desplaçat. Sia com vulgui, cal tenir en compte que el volum no depèn de la forma ni del grau de divisió del sistema i que, en el sistema internacional, la seva unitat de mesura és el metre cúbic.
7. Densitat (kg/m3) Substància 1,29 Aire
1.000 Aigua 1,98 Diòxid de carboni
Substància Massa Volum Densitat (kg/m3) Aigua 300 g 300 cm3 1.000
Llet 129 125 cm3 1.030
Suro 10 g 40 cm3 250 Ferro 0,158 kg 20 cm3 7.900
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�� ������������� ��������� �
�
13.600 Mercuri 8. La fórmula de la densitat d'una substància és d = m / V. Certa 9. Si la densitat de l'alumini és de 2.700 kg/m3, un cub d'un metre cúbic d'aquesta substància tindrà
una massa de 2.700 kg. Certa 10. La densitat d'una substància és la massa que li correspon per unitat de volum. Aquesta propietat
no és general, depèn de cada tipus de substància i proporciona una idea del grau de compactació de la matèria que la constitueix. En el sistema internacional, la densitat s'expressa en quilograms per metre cúbic, però en molts àmbits aquestes unitats són massa grans i se’n fan servir d'altres, com ara grams per centímetre cúbic. Per transformar unes unitats en les altres s'utilitzen els factors de conversió.
ACTIVITAT DE SÍNTESI Pàgina 9 a) Les propietats generals d’un sistema material no ens permeten diferenciar el tipus de substàncies
que el constitueixen; en canvi, les propietats específiques d’un sistema material depenen de les substàncies que el constitueixen i ens permeten diferenciar-les.
b) Mesurem la massa del tap de suro amb la balança. Introduïm el tap de suro dins la proveta i amb la vareta de vidre l’enfonsem; el volum d’aigua desplaçat equivaldrà al volum del tap de suro. Després, dividim la massa del tap entre el seu volum i el resultat en serà la densitat.
2. Els estats de la matèria Observeu i deduïu Pàgina 10
Propietat Sòlid Líquid Gas Volum Constant Constant Variable Forma Fixa No fixa No fixa Es pot comprimir? No No Si S’expandeix? No No Si Flueix? No Si Si
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Convé aclarir als alumnes que els sòlids i els líquids s’expandeixen una mica quan augmenta la temperatura (dilatació), però molt menys que els gasos.
ACTIVITATS Pàgina 10 6. En forma sòlida a la neu, els gels dels pols. En forma líquida en els mars, llacs, rius, núvols. En
forma de gas a l’atmosfera (forma la humitat). 7.
Gel (0 ºC) Aigua líquida (4 ºC)
Vapor d’aigua (100 ºC) )
Massa (kg) 1.000 1.000 1.000 Volum (m3) 1,09 1,00 1,04 Densitat (kg/m3) 917 1000 958
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Els resultats s’expressen amb tres xifres significatives.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�� ������������� ��������� �
�
a) En forma de gel. b) Té un màxim de densitat a 4 ºC. Per a valors inferiors a 4 ºC, la densitat és menor. Per a valors
superiors a 4 oC, la densitat és menor. c) En general en l’estat sòlid. L’aigua és una substància molt particular.
8. L’oli en estat líquid augmenta de volum amb la temperatura, és a dir, la seva densitat disminueix. ACTIVITATS INTERACTIVES Pàgina 10 1. Sòlids i líquids Tenen un volum fix. Sòlids Tenen forma fixa. Líquids i gasos Flueixen. Líquids Són poc compressibles. Gasos Tenen un volum variable. 2. Els gasos...
• són fàcilment compressibles. 3. Quin dels estats següents no flueix per ell mateix?
• El sòlid. 4. Quin dels tres estats és més fàcil de comprimir?
• El gasós. 5. Un fluid agrupa dos estats de la matèria: els...
• líquids i els gasos. 6. Tenen un volum fix...
• els sòlids i els líquids. 7. La massa d’un sistema material és sempre constant, independent del seu estat d’agregació. Certa 8. La matèria es pot presentar en dos estats d’agregació. Falsa 9. Les propietats que es poden apreciar a ull nu com ara el volum, la massa o l’estructura atòmica
s’anomenen propietats macroscòpiques. Falsa 10. La matèria pot trobar-se en tres formes o estats d’agregació. Els sòlids es caracteritzen per tenir
un volum i una forma fixos, no ser gens compressibles i no fluir per ells mateixos. Els líquids tenen un volum fix, però no una forma fixa; a més, són poc compressibles i poden fluir per ells mateixos. Els gasos tenen un volum variable, són fàcilment compressibles i, a més, tendeixen a mesclar-se amb altres gasos.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�� ������������� ��������� �
�
ACTIVITAT DE SÍNTESI Pàgina 10
Estat d’agregació Definició Exemples Sòlid La matèria en estat sòlid
presenta un volum constant, una forma fixa, no es pot comprimir i no s’expandeix ni flueix.
Una roca, una cassola, la pota d’una cadira, un llapis, la carcassa d’un mòbil...
Líquid La matèria en estat líquid té un volum constant, no té forma fixa, és poc compressible i flueix.
L’aigua, un refresc de cola, la llet, el mercuri, la sang...
Gas La matèria en estat gasós té un volum variable, no té forma fixa, es pot comprimir, s’expandeix i flueix.
El gas butà, l’heli que omple un globus, el gas d’una beguda carbònica, el diòxid de carboni que expulsen els tubs d’escapament, l’oxigen de l’atmosfera...
3. La teoria cineticomolecular Interpreteu i deduïu Pàgina 11 a) Sòlid (molt juntes), líquid, gas (separades). b) En l’estat sòlid. c) En l’estat líquid. d) En l’estat gasós. e) Són més grans en l’estat sòlid. Són petites en l’estat gasós. f) No hi ha res. La matèria és discontínua. g) Al moviment de les partícules i la manera com estan ordenades. ACTIVITATS Pàgina 11 9. Les partícules que formen l’aire no estan juntes. No seria possible amb aigua, perquè estan juntes. 10. Líquid i gas. Les unions són més fortes en l’aigua. 11. Les partícules que formen els gasos tenen tendència a expandir-se pertot arreu. 12. En l’estat gasós, que és quan les partícules tenen més velocitat i fan més xocs contra les parets
del recipient. 13. Hi ha nombrosos espais buits entre les partícules. Interpreteu els resultats d'un experiment Pàgina 12 a) En el got de la dreta l’aigua està a més temperatura. La tinta es dispersa més de pressa degut al
moviment més ràpid de les partícules d’aigua. b) En el got de la dreta. c) La tinta s’estén més fàcilment degut a l’acceleració de les partícules d’aigua. d) Com més temperatura, més moviment. e) Cal posar aigua a més temperatura. Imatge Pàgina 12 Les partícules de l’aigua es mouen més i fan que la infusió (formada per partícules molt més grans que les de l’aigua) es remogui.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�� ������������� ��������� �
�
ACTIVITATS Pàgina 12 14. Els pèsols es mouran més de pressa. Segons la teoria cineticomolecular, com més elevada sigui
la temperatura de l’aigua, més es mouran les seves partícules i, per tant, més moviment transmetran als pèsols.
15. Dins el globus, l’aire augmenta de temperatura. Les seves partícules fan més xocs contra les
parets interiors. El gas s’expandeix i el globus es dilata. En disminuir la temperatura, el nombre de xocs es redueix i el globus es contrau.
16. En l’alcohol. 17. a) Escala Kelvin.
b) 0 k = −273 ºC c) En assolir el zero absolut, les partícules no tenen cap moviment. d) 38 ºC = 311 K
ACTIVITATS INTERACTIVES Pàgina 12 1. Segons la teoria cineticomolecular, els tres estats de la matèria es comporten de manera
diferent. En els gasos, les partícules estan aïllades les unes de les altres, perquè la força d'atracció és molt feble, de manera que la mobilitat i l’energia són màximes. En els sòlids, les partícules se situen molt a prop les unes de les altres, i la força que les manté unides és molt forta; les partícules es mantenen unides però vibren. Els líquids també tenen les partícules molt juntes, però les forces atractives no són tan fortes i les partícules llisquen les unes sobre les altres, de manera que s'adapten al recipient que les conté.
2. En els sòlids les partícules es mantenen fixes, tot i que poden vibrar. En els líquids les partícules llisquen les unes amb les altres. En els gasos les partícules es mantenen separades i es mouen en totes direccions. 3. En els sòlids i els líquids les partícules es mantenen molt juntes.
En els líquids i gasos les partícules flueixen. 4. Quin dels tres estats de la matèria no s'adapta a la forma del recipient que el conté?
• Els sòlids. 5. A la matèria, les forces d’atracció...
• tendeixen a mantenir les partícules unides. 6. En quin dels tres estats d'agregació les partícules es mantenen molt lluny les unes de les altres?
• En els gasos. 7. Estat gasós Estat sòlid Estat líquid 8. La matèria és discontínua, formada per petites partícules, les molècules, que agrupades
constitueixen els àtoms. Falsa
�
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�� ������������� ��������� �
�
9. Difondre significa escampar-se, estendre’s en totes direccions. Certa 10. Les forces d'atracció entre les partícules d'un sòlid són menys fortes que les que hi ha entre les
d'un líquid. Falsa ACTIVITAT DE SÍNTESI Pàgina 12 a) Vegeu models de la pàgina 11 del llibre de l’alumne.
En l’estat sòlid les partícules es troben molt juntes; encara que l’estructura és rígida, poden vibrar. En l’estat líquid les partícules tenen més mobilitat i vibren més que en l’estat sòlid. L’estructura deixa de ser rígida. En l’estat gasós les partícules es troben aïllades, no existeix cap tipus d’unió entre elles. La mobilitat i l’energia són màximes.
b) La llibertat de moviment de les partícules d’un sistema material té relació directa amb la seva temperatura. Així doncs, en augmentar la temperatura d’una substància s’incrementa l’energia cinètica de les seves partícules i, per tant, aquestes es mouen més de pressa.
4. Els canvis d’estat Interpreteu i deduïu Pàgina 13 a) Si es passa d’un estat d’agregació més compacte a un de menys compactació, és un canvi
progressiu. Si es passa d’un estat poc compacte a un de més compacte, és un canvi regressiu. b) Per produir un canvi progressiu cal proporcionar energia al sistema. Per provocar un canvi
regressiu cal prendre energia al sistema. c) L’evaporació és un fenomen que té lloc només a la superfície del líquid. L’ebullició té lloc en tota la
massa del líquid. Per exemple, l’aigua dels mars s’evapora. L’aigua bull en una cassola. ACTIVITATS Pàgina 13 18. a) Fusió.
b) El formatge es fon (fusió). c) Ebullició. d) Sublimació. e) Solidificació. f) Condensació o liquació.
19. L’evaporació de l' aigua. 20. El Sol escalfa l’aigua de rius, mars i llacs i l’evapora (evaporació: de líquid a gas); L’aire es refreda
i el vapor d’aigua es condensa i forma els núvols (condensació: de gas a líquid); l’aigua retorna a la superfície en forma de pluja, neu, o calamarsa (en els dos últims casos, solidificació: de líquid a sòlid). L’aigua en forma de neu o calamarsa es fon (fusió: de sòlid a líquid) i juntament amb l’aigua líquida es pot infiltrar al subsòl i formar part de les aigües subterrànies o lliscar per la superfície terrestre i retornar al mar.
21. Temp. de fusió de C > Temp. de fusió de B > Temp. de fusió de A. Com més grans són les forces
de cohesió, més energia cal subministrar per separar les partícules i, per tant, més alta és la temperatura de fusió.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
� ������������� ��������� �
�
ACTIVITATS INTERACTIVES Pàgina 13 1. 2. Sublimació De sòlid a gas Fusió De sòlid a líquid Condensació De gas a líquid Vaporització De líquid a gas Solidificació De líquid a sòlid Sublimació inversa De gas a sòlid 3. Com s'anomena el procés invers de la fusió?
• Solidificació. 4. Com es diuen els canvis que es produeixen en proporcionar energia a una substància?
• Canvis progressius. 5. Quin dels següents canvis d'estat es considera progressiu?
• La fusió. 6. Quin dels següents canvis d'estat es considera regressiu?
• La condensació. 7. La vaporització es pot produir de dues maneres: per evaporació i per ebullició. Vertader 8. L'ebullició és un procés que es pot produir en una part de la massa del líquid i en d'altres no. Fals 9. L'evaporació és un procés lent que només té lloc a la superfície dels líquids. Vertader 10. Els tres estats de la matèria depenen de les forces atractives i repulsives entre les partícules. Per
això, quan es modifica alguna de les característiques a causa d'un canvi en la temperatura o en la pressió, es produeix un canvi d'estat. Aquests canvis poden ser progressius quan cal proporcionar energia al sistema per augmentar la temperatura, com ara la fusió (pas de sòlid a líquid), la vaporització (de líquid a gas) i la sublimació (de sòlid a gas), o canvis regressius si es pren energia del sistema per disminuir-ne la temperatura, com ara la solidificació (pas de líquid a sòlid), la condensació (de gas a líquid) i la sublimació regressiva (de gas a sòlid).
�
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
!� ������������� ��������� �
�
ACTIVITAT DE SÍNTESI Pàgina 13 Resposta model.
ELS CANVIS D’ESTAT
que tenen lloc
augmentant la temperatura
disminuint la temperatura
són els són els
CANVIS PROGRESSIUS CANVIS REGRESSIUS
S’anomenen S’anomenen
FUSIÓ VAPORITZACIÓ SUBLIMACIÓ CONDENSACIÓ SOLIDIFICACIÓ SUBLIMACIÓ REGRESSIVA
que és el pas
que és el pas
que és el pas
que és el pas
que és el pas
que és el pas
de sòlid a líquid
de líquid a gas
de sòlid a gas
de gas a líquid
de líquid a sòlid
de gas a sòlid
com ara com ara com ara com ara com ara com ara
Uns glaçons que es desfan en una beguda.
L’aigua d’una olla quan arrenca el bull.
Les partícules oloroses que desprenen els ambientadors.
El vapor de l’aigua bullent en tocar la tapa de l’olla.
L’aigua de pluja que es transforma en neu.
La rosada que cobreix les plantes a l’albada.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�"� ������������� ��������� �
�
5. Interpretació cinètica dels canvis d’estat 5.1 Els canvis d’estat i la temperatura. L’energia del canvi Analitzeu el resultat d’un experiment Pàgina 14 a) Passa de −16 ºC a 0 ºC. És sòlida. b) A 0 ºC. Durant 2 minuts. La calor s’ha emprat en el canvi d’estat de l’aigua. c) En el minut 4. L’aigua líquida va augmentant de temperatura. d) Comença a bullir a 100 ºC. Mentre bull es manté a 100 ºC. La calor s’ha emprat en el canvi d’estat
de l’aigua. e) La temperatura es manté constant. L’energia serveix perquè tota la massa d’aigua canviï d’estat
d’agregació. f) En l’aigua sòlida les partícules estan ordenades i tenen molt poca mobilitat. En subministrar
energia en forma de calor, el moviment s’intensifica, fins que s’assoleix el punt de fusió. Si es continua subministrant calor, s’incrementa el dinamisme de les partícules. Les de la superfície, escapen cada vegada amb més facilitat i arriba un moment que totes les partícules s’agiten de manera totalment caòtica i lliure i l’aigua bull.
Interpreteu i raoneu Pàgina 15 a) Mercuri < ferro < alcohol (etanol) < aigua b) Mercuri < alcohol (etanol) < aigua< ferro c) 334,4 kJ/kg, significa que un quilo d’aigua necessita 334,4 kJ per fondre. 2.257 kJ/kg, significa que
un quilo d’aigua necessita 2257 kJ per passar de líquid a gas. ACTIVITATS Pàgina 15 22. a)
b) En la gràfica de l’esquerra: és liqua o condensa a 110 ºC. Solidifica a 20 ºC. En la gràfica de la dreta: es fon a 10 ºC i bull a 82 ºC (aproximadament).
c)
liquaciósolidificació fusió ebullició
gas líquid i sòlidlíquid
gas i líquid
sòlid i líquid líquid i gas
líquid
sòlid
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
23. 24. Es necessita més energia per bullir 1 kg d’aigua que per fondre 1 kg de gel, perquè les partícules
de l’aigua han de guanyar molta més energia cinètica per passar de líquid a gas que de sòlid a líquid.
25. Per passar de líquid a gas es necessita subministrar energia, en forma de calor. Aquesta energia
s’adquireix del nostre cos. 26. L’alcohol s’evapora i per fer-ho capta l’energia calorífica del termòmetre. 5.2 La pressió i els canvis d’estat Compreneu el text Pàgina 16 a) A partir d’aquest text, completeu l'afirmació següent perquè sigui correcta: La temperatura
d’ebullició de l’aigua és de 100 ºC a la pressió d’1 atmosfera. b) La temperatura d’ebullició depèn de la pressió. Com menys pressió, menor temperatura d’ebullició. ACTIVITATS Pàgina 16 27. Al cim d’una muntanya la pressió atmosfèrica va disminuint, per tant, la temperatura d’ebullició
baixa. 28. En obrir la vàlvula de la bombona, la pressió disminueix i el butà comprimit s’allibera i passa a gas. 29. a) El moviment de les partícules s’intensifica i les forces de cohesió disminueixen.
b) L’energia s’inverteix a fer que totes les partícules passin a un estat més dinàmic. c) El moviment de les partícules continua augmentant. Les que tenen més facilitat de passar a
l’estat gasós són les de la superfície. d) La temperatura d’un sistema material és la propietat macroscòpica que ret compte del moviment
o estat d’agitació de les partícules que el formen. Hi ha una relació directa entre l’estat d’agregació i l’energia de les partícules.
e) La distància entre les partícules del butà disminueix a causa de la compressió, de manera que el gas es pot convertir en un líquid. També es pot convertir en un líquid si es disminueix la temperatura.
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Les preguntes de les activitats 28 i 29 són força complexes per al nivell de 3r ESO. A baixes temperatures, les molècules d’un gas «real» es desplacen amb tal lentitud que les forces d’atracció entre elles fan que el gas es liqüi. Una altra manera de liquar un gas és augmentar la pressió.
Substància T. fusió (ºC) T. ebullició (ºC) −−−−60 ºC −−−−20 ºC 30 ºC Oxigen −−−−219 −−−−183 Gas Gas Gas Sal comuna 801 1.413 Sòlid Sòlid Sòlid Amoníac −−−−78 −−−−34 Líquid Gas Gas Coure 1.083 2.310 Sòlid Sòlid Sòlid
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
ACTIVITATS INTERACTIVES Pàgina 16 1. 2. La calor latent es defineix com la quantitat d'energia absorbida o alliberada mentre s'està produint
el canvi d'estat. Certa 3. Durant el temps en què una substància bull, la seva temperatura no augmenta. Certa 4. Totes les calors latents de fusió són les mateixes per a totes les substàncies. Falsa 5. Quan l'aigua s'ha convertit en vapor, per molt que continuem escalfant el gas, la temperatura no
augmenta. Falsa 6. Oxigen −219 ºC Amoníac −78 ºC Sal comuna 801 ºC Coure 1.083 ºC 7. A mesura que aportem energia tèrmica a un sistema material i augmenta la temperatura, la cohesió
de les seves partícules... • disminueix.
8. A mesura que augmentem la pressió sobre un gas o un líquid, la cohesió de les seves partícules...
• augmenta. 9. De quin factor depenen les temperatures de canvi d’estat?
• De la pressió.
�
�
�
�
#aporització
Sublimació�
Ebullició�
Fusió�
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
10. A pressions baixes, com les que hi ha en el cim d’una muntanya, l’aigua bull... • Per sota dels 100 ºC.
ACTIVITAT DE SÍNTESI Pàgina 16 Comproveu que l’alumnat hagi seguit les indicacions adequadament. 6. Les lleis dels gasos Experimenteu i deduïu Pàgina 17 a) El pneumàtic està dur i costa de comprimir. b) Xoquen contra la paret interior del pneumàtic. c) Injectem més partícules dins i augmentem el nombre de xocs. d) Completeu la frase següent: La pressió d’un gas és una propietat macroscòpica que ret compte del nombre més gran o més petit de xocs de les partícules amb la paret interna del pneumàtic. ACTIVITATS Pàgina 17 30. La pressió augmentarà, perquè afegim més partícules. 31. Les partícules estan separades les unes de les altres. Quan en un cos disminueix la distància
entre les seves partícules, aquest es comprimeix. 32.
Pa (Pascal) Atmosfera Bar 2,03 · 105 Pa 2,00 atm 2,03 bar
900 hPa 0,888 atm 0,900 bar 1,02 · 105 Pa 1,01 atm 1.018 mbar
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Els resultats s’expressen amb tres xifres significatives.
6.1 La Llei de Boyle-Mariotte Observeu i deduïu Pàgina 18 a) El volum disminueix. b) El nombre de xocs i, per tant, la pressió augmentaran. El manòmetre ha passat de marcar 120 kPa
a 140 kPa. c) És inversament proporcional. Elaboreu un gràfic i concloeu Pàgina 18 a)
V (L) 2 4 6 8 10 P (atm) 6 3 2 1,5 1,2 P · V (atm · L) 12 12 12 12 12
b)
Proporcionalitat inversa �
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
c) A temperatura constant, el volum i la pressió d’un gas són inversament proporcionals. Aquest fet el podem expressar així: P · V = constant ACTIVITATS Pàgina 18 33. P · V = constant 3 atm · 9 L = 27 atm · L 27 atm · L = P · 6 L P = 4,5 atm P · V = constant 3 atm · 9 L = 27 atm · L 27 atm · L = 6 atm · V V = 4,5 L 6.2 La Llei de Gay-Lussac Observeu i deduïu Pàgina 19 a) Augmenta. b) El nombre de xocs i, per tant, la pressió augmentarà. El manòmetre ha passat de marcar 90 kPa a
110 kPa. c) Pressió i temperatura són directament proporcionals. Elaboreu un gràfic i concloeu Pàgina 19 a)
T (K) 250 300 350 400 450 500 P (atm) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
2 · 10−−−−3 2 · 10−−−−3 2 · 10−−−−3 2 · 10−−−−3 2 · 10−−−−3 2 · 10−−−−3
Proporcionalitat directa. b) A volum constant , la pressió i la temperatura d’un gas són directament proporcionals. Aquest fet
el podem expressar així: constant. Imatge Pàgina 19 Quan un pneumàtic ha rodat molta estona, s’ha escalfat. Això ha provocat un escalfament de l’aire del interior i, per tant, ha augmentat la pressió. ACTIVITATS Pàgina 19 34. P = 0,5 atm
P = 0,375 atm
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
6.3 La Llei de Charles Observeu i deduïu Pàgina 20 a) Augmentaria el moviment de les partícules i també el nombre de xocs, per tant augmentaria la
pressió. b) El volum augmenta. c) Directament proporcional. Elaboreu un gràfic i concloeu Pàgina 20 a)
T (K) 240 280 320 360 400 440 V (L) 6 7 8 9 10 11
2,5 · 10−−−−2 2,5 · 10−−−−2� 2,5 · 10−−−−2
� 2,5 · 10−−−−2� 2,5 · 10−−−−2
� 2,5 · 10−−−−2�
b)
Proporcionalitat directa c) A pressió constant , la temperatura i el volum d’un gas són directament proporcionals. Aquest fet
el podem expressar així: constant
ACTIVITATS Pàgina 20 35. V = 10 L
ACTIVITATS INTERACTIVES Pàgina 20 1. Definim la pressió que exerceix un gas contingut en un recipient com una mesura dels xocs...
• de les partícules del gas amb la superfície interior del recipient. 2. La temperatura del zero absolut és...
• –273,15 ºC 3. Un bar equival a...
• 105 Pa 4. D’acord amb la llei de Boyle-Mariotte, un gas a temperatura constant:
• A mesura que disminueix el volum del recipient, augmenta la pressió. • A mesura que augmenta el volum del recipient, disminueix la pressió.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
5. D’acord amb la llei de Gay-Lussac, si no es modifica el volum d’un gas: • A mesura que augmenta la temperatura del gas, augmenta la pressió. • A mesura que disminueix la temperatura del gas, disminueix la pressió.
6. D’acord amb la llei de Charles, si no es modifica la pressió d’un gas:
• A mesura que augmenta la temperatura del gas, augmenta el volum. • A mesura que disminueix la temperatura del gas, disminueix el volum.
7. Llei de Boyle-Mariotte Llei de Gay-Lussac
Llei de Charles 8. Les lleis dels gasos van ser formulades a finals del segle XVIII i principis del segle XIX. Falsa 9. Les lleis dels gasos suposen que la massa de gas amb la qual s’experimenta no varia al llarg del
temps. Certa 10. Al llarg dels segles XVII i XVIII, diversos científics van demostrar que la pressió, el volum i la
temperatura d’una massa fixa de gas estaven relacionats entre ells. El resultat d’aquestes experiències va donar lloc a les lleis dels gasos, que són les següents: • La Llei de Boyle-Mariotte formula que a temperatura constant, el volum i la pressió d’un gas són inversament proporcionals. L'equació matemàtica que expressa aquesta proporcionalitat és P = constant/V. • La Llei de Gay-Lussac formula que a volum constant, la pressió i la temperatura d’un gas són directament proporcionals. L'equació matemàtica que expressa aquesta proporcionalitat és P = constant · T. • La Llei de Charles formula que a pressió constant, el volum i la temperatura són directament proporcionals. L'equació matemàtica que expressa aquesta proporcionalitat és V = constant · T.
ACTIVITAT DE SÍNTESI Pàgina 20 a) La pressió d’un gas és la pressió que exerceix aquest gas sobre les parets del recipient que el
conté. b) Llei de Boyle-Mariotte. A temperatura constant, el volum i la pressió d’un gas són inversament
proporcionals. P · V = constant � P1 · V1 = P2 · V2 Llei de Gay-Lussac. A volum constant, la pressió i la temperatura d’un gas són directament
proporcionals. P/T = constant � P1/T1 = P2/T2 Llei de Charles. A pressió constant, el volum i la temperatura d’un gas són directament
proporcionals. V/T = constant � V1/T1 = V2/T2
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
PER ESTUDIAR Pàgines 21 a 26 1. a) 240 kg b) 45 · 10−5 kg
c) 2,45 · 104 kg d) 23 · 10−3 m3
e) 452 · 10−6 m3 f) 29 · 106 m3
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Es recomana que els estudiants utilitzin els factors de conversió per fer les equivalències a unitats SI. Per exemple: 2,45 · 107 g = 2,45 · 107 g · 1 kg = 2,45 104 kg 103 g
2. a) 70 kg b) 700 kg
c) 5,5 L d) 2.000 dm3 e) 60 m3 f) 5.000 mL
3. 15,5 mL; 22 mL; 28 mL 4. És de plom. 5. a) A igual massa, igual pes.
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES però... 1 kg d’or, en ser més dens (19300 kg·m-3) que el ferro (7874 kg·m3), ocuparà menys volum, de manera que experimentarà una menor força ascensional (Arquimedes) en el moment de fer la pesada, per tant... el pes no serà exactament el mateix. Vegeu: «¿Qué pesa más un quilo de paja o un quilo de plomo?» a www.e-cruilla.cat/3fq58.
b) Unes 2,5 vegades (segons les dades de densitat).
6. Si el cos és un sòlid irregular, s’introdueix en un recipient graduat que contingui un volum conegut
de líquid i es calcula la quantitat de líquid que desplaça: Volum del sòlid = Volum final de l’aigua – Volum inicial de l’aigua.
7. a) 230 kg/m3
b) 2,3 kg/m3 c) 23.000 kg/m3 (el més dens)
8. a) 4930 kg/m3
b) 4,93 · 104 hg/m3 9. Falta la densitat de l’or. La densitat de l’or i d’altres materials es pot cercar, per exemple, a www.e-
cruilla.cat/3fq59. V = 29,0 cm3. 10. Per saber la densitat hem de conèixer la massa i el volum del líquid.
1. Mesurem la massa de la proveta amb la balança. 2. Omplim la proveta amb el líquid fins a un volum conegut. 3. Mesurem la massa de la proveta amb el líquid. 4. Per saber la massa del líquid, restem la massa de la proveta a la massa de la proveta amb el líquid. 5. Ara ja podem dividir la massa del líquid entre el volum conegut.
11. Quan transporta butà. En ser més dens, tindrà més massa, pesarà més i costarà més de
transportar.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
� � ������������� ��������� �
�
12. 640.000 L. 588.800 kg d’oli. 13.
Les masses estan disposades per odre de densitat: les més denses a sota i les menys denses a dalt.
14.Perquè la densitat dels materials és diferent. 15. Material:
Una garrafa de cinc litres d’aigua Retolador permanent Aigua Tub de goma llarg
Procediment:
Graduem la garrafa buida; per fer-ho, hi aboquem quantitats d’aigua mesurades amb una proveta i anem fent marques a la garrafa; un cop fet això, la buidem. Omplim la pica o un cossi gran amb aigua. Omplim la garrafa ben bé fins a dalt, la tapem i la posem cap per avall a dins de la pica o del cossi. A continuació, destapem la garrafa i hi introduïm el tub de goma igualment ple d’aigua. Finalment, ja podem bufar. L’aire que surt dels pulmons desplaça una part de l’aigua de la garrafa. El volum desplaçat serà la nostra capacitat pulmonar, que podrem llegir a l’escala graduada de la garrafa.
16. 4,16 g
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES S’ha de suposar que la densitat de l’aire és la que diu la taula de la pàgina 21 (1,29 kg/m3).
17. a) Les partícules d’un gas presenten una mobilitat màxima.
b) Les partícules d’un sòlid vibren més quan l’escalfem. c) Les partícules d’un sòlid ocupen posicions fixes. d) Quan escalfem un líquid, la mobilitat de les seves partícules augmenta.
18. a) F
b) F c) V d) V
19. Pedra > aigua > aire 20. Sí que s’inflarà. Com més temperatura subministrem, més moviment guanyen les partícules de
l’aire contingut dins el globus, més xocs es produeixen i, per tant, també més pressió.
mercuri
cargols de ferro
aigua
gasolina
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�!� ������������� ��������� �
�
21. De la pressió i de la temperatura. 22. Perquè hi ha espais buits entre les partícules. 23. a) Liquació;
b) Solidificació o congelació; c) Evaporació
24. Falses: a, c, d. a) La vaporització és un canvi d’estat progressiu. c) La pressió atmosfèrica sí que influeix en la temperatura de fusió i ebullició dels materials. d) L’or és fon i solidifica a la mateixa temperatura. 25. Dins el plat, ja que la superfície és major. 26. L’aigua es condensa. És una liquació. S’origina perquè la tapa està més freda que l’aire que
l’envolta. 27. 400 kg. 3.600 kg. 28. Una evaporació. La circulació d’aire facilita que el vapor s’escapi. 29. a)
b) Fusió. A 82 ºC 30. a: s’escalfa aigua (s); b: aigua (s) i aigua (l), fusió; c: s’escalfa aigua (l); d: aigua (l) i aigua (g),
ebullició; s’escalfa aigua (g). 31. a) S’està refredant.
b) Solidificació. c) Canvi regressiu. d) Amb el pas del temps la temperatura disminueix. En el primer tram (els 4 primers minuts), el líquid es va refredant i les seves partícules van perdent mobilitat; en el segon tram, la temperatura es manté constant fins que tot el líquid passa a l’estat sòlid; en el tercer tram, la temperatura segueix descendint, tota la substància ha solidificat.
32. La temperatura d’ebullició depèn de la pressió. Com més pressió, més alta és la temperatura
d’ebullició. 33. 4 L.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
�"� ������������� ��������� �
�
34. Suposem que el volum no canvia. a) 0,54 atm. b) 0,90 atm. c) 1,2 atm. 35. a)
b) Proporcionalitat directa. c) El quocient P/t és 0,067 i és constant.
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES En realitat, la recta no hauria de passar pel punt (0,0). Només ho farà en el cas que les temperatures s’expressin en graus Kelvin. Però aquí el que interessa és que dedueixin una proporcionalitat.
d) 3,35 atm
36. a) 20 L
b) 30 L c) 50 L
37. a) 2,2 atm
b) 3,2 atm
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Recordeu als alumnes que les temperatures han d’estar expressades en graus Kelvin.
38. a) 1,8 m3 = 1800 L
b) Més petita c) La llei de Boyle
COMPROVA EL QUE SAPS Pàgina 26 1. La massa i el volum són propietats generals dels sistemes materials perquè no depenen de la
forma en què es presenten, ni del grau de divisió, ni del tipus de substància o substàncies que els formen. En canvi, la densitat i la temperatura són propietats específiques dels sistemes materials perquè depenen de la substància que els constitueix, és a dir, de la seva composició.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
2. Propietats
macroscòpiques Explicació segons la teoria
cineticomolecular
Sòlids La matèria en estat sòlid presenta un volum constant, una forma fixa, no es pot comprimir i no s’expandeix ni flueix.
En l’estat sòlid les partícules es troben molt properes entre elles; encara que l’estructura és rígida, vibren en les seves posicions.
Líquids
La matèria en estat líquid té un volum constant, no té forma fixa, és poc compressible i flueix.
En l’estat líquid les partícules tenen més mobilitat i vibren més que en l’estat sòlid. L’estructura deixa de ser rígida.
Gasos
La matèria en estat gasós té un volum variable, no té forma fixa, es pot comprimir, s’expandeix i flueix.
En l’estat gasós les partícules es troben aïllades, no existeix cap tipus d’unió entre elles. La mobilitat i l’energia són màximes.
3.
Fusió Progressius Vaporització
Sublimació Canvis d’estat
Condensació Regressius Solidificació Sublimació regressiva
Els canvis d’estat progressius tenen lloc quan proporcionem energia al sistema i en fem augmentar la temperatura.
4. a) a. S’escalfa el gel. b. Es produeix la fusió. c. S’escalfa l’aigua líquida. d. Es produeix la vaporització. e. S’escalfa l’aigua en estat gasós. b) Temperatura de fusió: 0 ºC; temperatura d’ebullició: 100 ºC. Tram b: Fusió; tram d: vaporització. 5. Llei de Boyle-Mariotte. A temperatura constant, el volum i la pressió d’un gas són inversament
proporcionals. P · V = constant � P1 · V1 = P2 · V2 Llei de Gay-Lussac. A volum constant, la pressió i la temperatura d’un gas són directament
proporcionals. P/T = constant � P1/T1 = P2/T2 Llei de Charles. A pressió constant, el volum i la temperatura d’un gas són directament proporcionals. V/T = constant � V1/T1 = V2/T2
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
FEM CIÈNCIA Pàgina 27
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES L’àcid esteàric no és tòxic. Es fon a 62 ºC. La quantitat d’àcid esteàric que convé posar en un tub d’assaig és d’un quart, aproximadament. Si no es vol usar un bec de Bunsen, es pot escalfar aigua a part fins al punt d’ebullició en un vas de precipitats gran ( 600 mL o 1000 mL) i introduir-hi els tubs d’assaig. Els hi deixarem fins que es vegi que l’àcid s’ha fos; llavors, posarem el termòmetre dins, així farà un bon contacte amb la substància. Després, repartirem vasos amb aigua calenta i els tubs d’assaig entre els grups d’alumnes. Si volen accelerar el procés de solidificació poden afegir petites quantitats d’aigua freda al vas. Per recuperar la temperatura inicial dels termòmetres, caldrà tornar a posar els tubs d’assaig en un vas amb aigua bullent i esperar que l’àcid esteàric s’hagi fos. (Aquesta acció és recomanable que la faci posteriorment el professorat.)
1. Han d’obtenir una gràfica del tipus: 2. S’ha determinat la temperatura de solidificació. 3. La gràfica seria igual, però el tram horitzontal seria més llarg i els pendents més suaus. Han de dibuixar una gràfica com la de l’activitat 29 a), però amb el tram horitzontal a uns 60 ºC.
RECOMANACIONS DIDÀCTIQUES Probablement, si el refredament és ràpid amb prou feines es veurà el tram horitzontal. En aquest cas, es pot repetir l’experiment i prendre nota de la temperatura cada 5 s o cada 10 s. Una alternativa fóra substituir el termòmetre per un sensor de temperatura que vagi connectat a un equip de captació de dades.
ACTIVITAT FINAL Pàgina 28 1. Es desfan perquè la temperatura del refresc és més elevada que la dels glaçons. S’ha produït una
fusió: de sòlid a líquid. La teoria cineticomolecular explica aquest canvi dient que l’energia calorífica subministrada als glaçons s’utilitza per augmentar l’energia de les molècules d’aigua que formen el glaçó, de manera que trenquen les posicions fixes de la xarxa, es mouen més ràpidament i comencen a fluir.
2. Els glaçons haurien tardat menys temps a fondre’s, perquè la beguda hauria subministrat més
calor als glaçons. Si la llauna hagués estat al congelador una estona, la fusió encara hauria estat més lenta.
3. Els glaçons tenen una densitat menor que la beguda, això vol dir que ocupen més volum en estat
sòlid que en estat líquid; per tant, un 10% de volum del glaçó que es fon representarà un 10% menys de volum de líquid.
líquid líquid + sòlidsòlid
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
4. És cert, però es refereixen als gels acumulats en el continent de l’Antàrtida i en masses continentals del nord. Aquest gel, en fondre’s, vessarà l’aigua als oceans. No hi haurà variació si es fonen els gels de les zones de Grenlàndia.
AUTOAVALUACIÓ Pàgina 28 1. Matèria És tot allò que ocupa espai i té massa. Substància És un tipus particular de matèria. Sistema material És una porció de matèria que es considera de manera aïllada. Una propietat general En té qualsevol sistema material. Una propietat específica Depèn de la classe de substància que es considera. 2. Quina de les afirmacions següents sobre la massa és falsa?
• La seva unitat en el sistema internacional és el gram. 3. Si la densitat de l'oli és de 900 kg/cm3, la de l'aigua és de 1 000 kg/cm3 i la de l'alumini, de 2 700
kg/cm3, un quilo de mercuri ocupa més espai que un quilogram d'oli o d'aigua. Falsa 4. Els sòlids tenen forma pròpia, els líquids són poc compressibles i els gasos tenen un volum
variable. 5. La teoria cinètica només serveix per explicar el comportament dels gasos, però no el dels líquids ni
el dels sòlids. Falsa 6. La temperatura a la qual una substància es fon, a pressió atmosfèrica normal, s'anomena
temperatura de fusió. Així mateix, la temperatura a la qual una certa substància bull, a pressió atmosfèrica normal, s'anomena punt d'ebullició. Mentre duren els canvis d'estat d'una substància, la temperatura és constant i l'energia absorbida o alliberada durant el procés s'anomena calor latent.
7. En augmentar la pressió... augmenten les forces de cohesió entre les partícules. En disminuir la pressió... els gasos tendeixen a ocupar més espai. En augmentar la temperatura... augmenta l'energia cinètica de les partícules. En disminuir la temperatura... les partícules es mouen menys. 8. La vaporització es pot produir de dues maneres: per evaporació o per ebullició. Certa 9. La llei dels gasos agrupa les lleis de Boyle-Lussac, de Charles i de Gay-Mariotte. Falsa 10. Com es denomina la llei dels gasos que formula que, a temperatura constant, el volum i la pressió
d’un gas són inversament proporcionals? • Llei de Boyle-Mariotte.
REVISTA DE CIÈNCIA Pàgina 29 1. Resposta oberta. Per exemple, cuina creativa, cuina científica, també anomenada «cuina
molecular». 2. Consisteix a fer que l’aliment que introduïm en un medi formi esferes de crosta sòlida i interior
líquid.
�
� �
� �
�� ����� ���
������ ��
����� ����
����������������������
�����������������
��� ������������� ��������� �
�
3. Un equip interdisciplinari vol dir que està format per diferents experts en cuina, biologia, alimentació, nutrició… la qual cosa afavoreix la creació de plats culinaris amb tècniques científiques.
4. S’han creat menús per a les persones amb al·lèrgies alimentàries, com ara els celíacs, o per a
persones diabètiques o que requereixen una dieta amb uns valors nutritius específics. 5. La investigació en el camp de l’alimentació és fonamental, no solament per crear menús de
disseny, sinó, essencialment, per resoldre problemes d’alimentació en persones amb deficiències metabòliques.