BLOQUE 1. FÍSICA (TRABAJO A DISTANCIA CONCUPRISE)

 

TRABAJO A DISTANCIA  CONCUPRISE ¿CÓMO ESTÁ CONSTITUIDA LA MATERIA?

 Aprendizaje Esperado. Describe las características del modelo de partículas y comprende la relevancia para representar la estructura de la materia.

 

            PARA COMENZAR… 

 

En la ciencia continuamente se hace referencia a los modelos científicos.

Modelo. Es una representación conceptual o física de un sistema real. Estos nos sirven para comprender lo que la teoría intenta explicar, representan las condiciones ideales o bien las características en las que se produce un fenómeno.

Debe ser simple, compatible con teorías y sobre todo considerar las características del entorno.

PROPIEDADES

Propiedades Generales. Son aquellos presentes en todas las sustancias, sin importar su naturaleza, por ejemplo, la divisibilidad, masa, volumen inercia.

Propiedades particulares. Son características de cata tipo de sustancia y varían de un tipo a otro, por ejemplo, la porosidad, solubilidad, densidad y el estado físico.

Estados de agregación de la materia. Son el sólido, líquido, gas y plasma.

Agrega a bajo de cada estado 3 ejemplos:

Materia. Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio.

 Inercia. Propiedad de los cuerpos de permanecer en estado de reposo o movimiento.

 Divisibilidad. Todo cuerpo puede ser dividido en partículas más pequeñas.

 Solubilidad. Capacidad de una sustancia para disolverse en otra.

 Porosidad. Es la presencia de espacios entre las partículas.

 Masa. Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.

 Volumen. Es el espacio ocupado por un cuerpo.

Densidad. Es una medición que resulta de la cantidad de masa dividida entre el volumen que dicha masa ocupa.

 

     UN MODELO PARA DESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

 

MODELO CINÉTICO DE PARTÍCULAS O MODELO CINÉTICO MOLECULAR

 

      La materia está formada por partículas pequeñas

      Las partículas en un gas muy alejadas y hay espacio entre ellas.

      Las partículas están en constante movimiento.

     Las moléculas chocan entre sí y con las paredes del recipiente (choques elásticos, es decir, no quitan ni deforman la materia).

      La presión de un gas se debe a los choques de las moléculas contra esas paredes.

      Más temperatura, más energía cinética, por lo tanto, más movimiento.

      Menos temperatura, menos energía cinética, por lo tanto, menos movimiento.

 

¿CÓMO SE TRANSFORMA LA MATERIA?

Aprendizaje esperado. Explica los estados y cambios de estado de agregación de la materia, con base al modelo de partículas.

RECUERDAS…

Cohesión. Unión entre las partículas que forman a un cuerpo, debida a la fuerza de atracción molecular.

CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

 ¿QUÉ ES LA TEMPERATURA?

 Aprendizaje esperado. Interpreta la temperatura y el equilibrio térmico con base en el modelo de partículas.

DEFINICIONES

Temperatura. Es la medida de la energía cinética promedio de las partículas que constituye un cuerpo.

Calor. Es la energía que intercambian dos sistemas en contacto térmico.

Sistema. Es el conjunto de elementos que interactúan entre sí en un espacio determinado.

Dilatación. Es el aumento de volumen por el incremento de la temperatura.

Calor sensible. Este calor lo recibe el cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado.

Calor latente. La temperatura no aumenta, toda la energía se emplea para el cambio de estado.

 

MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA

Las personas tenemos la capacidad de estimar la temperatura por medio del sentido del tacto, esto es, calcular el valor aproximado por medio del sentido común. Pero si necesitas la temperatura exacta requieres un termómetro.

Los termómetros consisten en tubos delgados y sellados que contienen mercurio o alcohol. Estos dos líquidos se expanden y contraen a una velocidad uniforme y no hierven ni se congelan en un rango de temperaturas a los que normalmente se someten.

ESCALAS DE TEMPERATURA

Para medir la temperatura los termómetros tienen escalas. Hasta ahora solo conoces la escala Celsius o Centígrados (°C), pero también existen otras escalas como la Fahrenheit (°F), la cual es muy común es Estados Unidos de América.

Existe una tercer escala denominada Kelvin (K), esta es la escala del Sistema Internacional de Unidades (SI) y es utilizada por científicos de todo el mundo.

 

¿QUÉ ES EL CALOR?

Aprendizaje esperado. Analiza el calor como energía.

Calor. Es la energía que intercambian dos sistemas en contacto térmico.

El calor viaja de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menor temperatura. Y se calcula considerando la siguiente fórmula:

 

FORMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Conducción. Es la transferencia de calor a través de un objeto sólido. Movimiento de electrones libres. Au, Ag y Cu son conductores. El vidrio es un aislante.

Convección. Consiste en el movimiento de un fluido (líquido o gas) debido a una diferencia de temperatura. Más caliente menos denso.

Radiación. Transferencia de calor por emisión electromagnética. No necesariamente deben de estar en contacto para transmitirla.

 

¿CÓMO SE PUEDE APROVECHAR EL CALOR?

 

Aprendizaje esperado. Describe los motores que funcionan con energía calorífica, los efectos del calor disipado, los gases expelidos y valora sus efectos en la atmósfera.

MÁQUINAS TÉRMICAS

Energía térmica. Es el movimiento interno de las partículas que conforman la materia.

Primer dispositivo es la máquina de vapor ¿Cómo funciona?

  

¿SON PERFECTAS LAS MÁQUINAS?

Termodinámica. Es la rama de la química que se encarga del estudio de los fenómenos relacionados con el calor y la temperatura.

Máquina de Carnot:

 

EFECTOS EN EL AMBIENTE DEL CALOR DISIPADO Y LOS GASES EMITIDOS

El calentamiento global, efecto invernadero, lluvia ácida. 

¿CUÁLES SON LOS BENEFICIOS DE LAS FUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA?

Aprendizaje esperado. Describe el funcionamiento básico de las fuentes renovables de energía y valora sus beneficios.

Los recursos renovables o no renovables, así como la obtención de la energía utilizando el agua (hidráulica), solar, aire (eólica), geotérmica, oceánica y biomasa. 

 

¿CÓMO SE HA LLEGADO A CONOCER LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA?

Aprendizaje esperado. Explora algunos avances recientes en la comprensión de la constitución de la materia y reconoce el proceso histórico de construcción de nuevas teorías.

La naturaleza macro, micro y submicro.

 

Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la materia y concluyeron que el mundo era más sencillo de lo que parecía. Así establecieron las dos escuelas del pensamiento:

Atomismo. Según el cual el universo está constituido por combinaciones de pequeñas partículas indivisibles denominadas átomos (en griego significa que no se puede dividir).

En las antiguas creencias, el átomo se definía como el elemento más pequeño, a la vez extenso e indivisible, del que están hechas todas las cosas. Según el atomismo mecanicista de Leucipo y Demócrito.

Leucipo y Demócrito (450-370 a.n.e). Para ellos solo había un tipo de materia y sostenía que estaba formada por partículas infinitas, indivisibles, de formas variadas y siempre en movimiento.

Leucipo

Demócrito

Continuismo. Afirmaba que se podía seguir dividiendo infinitamente cualquier trozo de materia.

Aristóteles. Representante de la teoría continuista y estableció que toda sustancia estaba formada por cuatro elementos básicos: agua, tierra, fuego y aire.

Newton. En su obra titulada philosophiae naturalis principia mathematica, también conocida como los principia, señala que las partes más pequeñas de los cuerpos tienen extensión, son duras e impenetrables, se mueve y están dotadas de inercia propia.

Modelo atómico de John Dalton (1808-1810)

John Dalton (1766-1844) químico y físico británico creó una importante teoría atómica de la materia que, entre otros aspectos señala que:

• Los elementos químicos están formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos.
• Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos en su masa y en todas sus propiedades.
• Los átomos son indestructibles y mantienen sus propiedades en los cambios químicos.
• Los compuestos se forman cuando átomos de distintos elementos se combinan formando moléculas.
• Cuando los elementos se combinan en más de una proporción, aunque los resultados de estas combinaciones son compuestos diferentes, existe una relación entre esas proporciones (Ley de las proporciones múltiples).

Modelo atómico de J. J. Thompson

Joseph John Thompson (1856-1940) presento las siguiente hipótesis:

• La materia es eléctricamente neutra, por lo que además de electrones debe tener partículas con cargas positivas.
• Los electrones pueden extraerse de los átomos pero no así las cargas positivas.
• Los electrones (dada la poca masa del electrón con la totalidad de la masa del átomo) estaban distribuidos uniformemente dentro de una masa de carga positiva.

        En 1897 Thompson, en un experimento en el que pasó un haz de rayos catódicos por un campo eléctrico y uno magnético, supuso que las partículas que forman los rayos catódicos no eran átomos cargados sino fragmentos de átomos, es decir, partículas subatómicas a las que llamo electrones.

Modelo atómico de Thompson "Budín de pasas"

Modelo atómico de Rutherford

Ernest Rutherford (1871-1937) identificó en 1989 dos tipos de radiaciones emitidas por el uranio, a las que llamo alfa y beta, poco después Paul Villard identificó a las radiaciones gamma.

Rutherford y sus discípulos centraron su investigación en la radiactividad, bombardeando láminas delgadas de oro, con partículas alfa (núcleos de Helio formados por dos protones y dos neutrones) lo que dio como resultado que la mayor parte de las partículas atravesaran la lámina sin desviarse a desviándose en pequeños ángulos de hasta 180°, lo cual hizo suponer que las cargas que las desviaban estaban concentradas dentro del átomo y tenían carga positiva en lo que fue llamado núcleo, propuso:

• El átomo está constituido por una zona central llamada núcleo donde se concentra toda la carga positiva y casi toda la masa.
• Hay una parte exterior del átomo o corteza en donde se halla toda la carga negativa (formada por electrones) y cuya masa es muy pequeña en comparación con la del átomo.
• Los electrones se mueven a gran velocidad en torno al núcleo.
• El tamaño del núcleo es muy pequeño en comparación con el del átomo.
• Identifica los protones.

Modelo atómico de Rutherford

Experimento de Rutherford

 Modelo atómico de Niels Bohr

Físico danés Niels Bohr (18885-1952) presentó en 1913 el primer modelo del átomo basado en la cuantización de la energía. Supero las dificultades del modelo de Rutherford recurriendo a la noción de que la física de los átomos debería ser diferente a la de la física clásica, de igual manera se apoyó en la teoría de los cuantos de Max Planck y señalo que:

• Debido a las características estructurales del átomo, sus propiedades varían.
• Los átomos tienen el mismo número de electrones de valencia o igual número atómico poseen características similares.
• Los electrones, partículas estables de carga negativa, se sitúan en orbitas electrónicas estables en las que el electrón no emite radiación de forma continua; sin embargo, al pasar un electrón de una órbita mayor  energía a una de menor, libera energía (cuantos) en variaciones mínimas que son múltiplos enteros de la carga del electrón.
• Los átomos son eléctricamente neutros (si contienen electrones cargados negativamente deben contener partículas con carga positiva llamadas protones).

Nota: Los electrones emiten o absorben energía en saltos de una orbita permitida a otra.

Fotón. Partícula de que están hecha la luz y la otras formas de radiación electromagnética. Es lo que también se le conoce como un cuanto de radiación electromagnética.

Chadwick. Descubrió el neutrón en 1932 cuya partícula tiene una carga neutra, anteriormente Moseley (1887-1915) realizó estudios de los espectros de rayos X que sugirieron que dentro del núcleo había otras partículas.

Con este descubrimiento se hizo una mejora al modelo atómico de Rutherford que quedó completado en los siguientes términos:

• Los átomos constan de núcleos pequeños y sumamente densos rodeados de una nube de electrones con distancias relativamente grandes de los núcleos.
• Todos los núcleos tienen protones.
• Los núcleos de todos los átomos, con excepción de la forma más común del hidrógeno, también contiene neutrones. Los neutrones le dan estabilidad al núcleo.

Características básicas del modelo atómico: núcleo con protones y neutrones, y electrones en órbitas carga eléctrica del electrón.

1. Es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad y propiedades.

2. Está compuesto por un núcleo formado por protones con carga eléctrica positiva y neutrones que son electrónicamente neutros.

3. El núcleo atómico está rodeado por una nube de electrones, los cuales tienen carga eléctrica negativa.

4. Más del 90 % de su masa está concentrada en el núcleo.

5. Es eléctricamente neutro, es decir, la carga negativa es neutralizada por los protones.

6. Sus electrones permanecen ligados al núcleo atómico mediante la fuerza electromagnética.

7. El volumen del núcleo es muy pequeño comparado con el volumen del átomo.

8. Los electrones se mueven en orbitales con determinados niveles de energía.

9. Su número de protones determina el número atómico a este número se deben las propiedades más importantes del elemento.

10. A los átomos del mismo elemento que tienen diferente número de neutrones se les llama isótopos.

Z=número atómico.

A=masa atómica.

Nota: Estos dos datos los pueden localizar en la tabla periódica. Cuando tiene carga negativa se le suman las cargas al número de electrones y si es positiva se le restan.