CIENCIAS NATURALES TOE: 5_ACTIVIDADES EN COMÚN DE FÍSICA Y QUÍMICA 10° Y 11°

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ORIENTACIONES PARA LA ACTIVIDAD 5 DE QUÍMICA Y FÍSICA

FECHAS

inicia: jueves 4 de junio de 2020

puede entregar su trabajo hasta el 8 de junio de 2020, a las 3:00 p.m.

TAREAS QUE DEBE REALIZAR

La actividad cinco esta conformada por una actividad de introducción que es experimental y una actividad principal que se resuelve con base a los conceptos planteados en el texto.

CONDICIONES DEL TRABAJO REALIZADO EN WORD O A MANO

Trabajo elaborado en Word

A. Portada al inicio del documento (no agregue marcos ni gráficos)

B. Realización de cada punto en el orden de la actividad.

C. Todo el texto debe usar fuente Arial con tamaño 12, interlineado sencillo y con buena ortografía.

D. Marcar el archivo así:

Grupo_apellidos y nombres_AC5

Ejemplo

11C_OLARTE MENDEZ CARLOS DARIO_AC5

Trabajo elaborado a mano

A. Portada al inicio del documento.

B. Realización de cada punto en el orden de la actividad.

C. Realizar el proceso en hojas blancas; en caso de no tenerlas, usar bolígrafo de tinta oscura de modo tal que no se confunda el texto con las líneas de la hoja al tomar fotografías de la evidencia.

D. Usar letra que sea legible y con buena ortografía, TAMBIÉN USAR MÁRGENES.

E) Tener buena estética en el trabajo no se permiten tachones

CONDICIONES DE ENTREGA DE LA ACTIVIDAD.

A. Si lo elaboró en Word, verifique que su documento esté completo antes de enviarlo.

B. Si lo elaboró a mano, enumere las páginas de su documento en la parte superior derecha empezando desde la portada. (que sea un número grande)

C. Tome fotografías nítidas por cada hoja empleada en el desarrollo del trabajo, y que estas no queden en diagonal. (verifique cada fotografía de modo tal que al ampliarlas se vea clara la información)

D. Envíe su actividad por correo electrónico a la siguiente dirección:

cntoemedia@gmail.com

Estructura del asunto al enviar el correo:

grupo_apellidos y nombres del estudiante_AC5

EJEMPLO DEL ASUNTO

11C_OLARTE MENDEZ CARLOS DARIO_AC5

Adjunte su actividad. (documento de Word o fotografías para trabajos hechos

a mano)

ESTADOS DE LA MATERIA Y LEYES DE LOS GASES

IDEALES

ESTÁNDAR

Verifico el efecto de presión, el volumen y la temperatura en los cambios físicos.

OBJETIVOS

Identificar los diferentes cambios de estado que ocurren en la naturaleza.

Reconocer las características de cada una de las leyes que permiten comprender el comportamiento de los gases ideales.

INTRODUCCIÓN

¿Qué es lo que te hace falta cuando te tapan la nariz que sientes morir? ¿Por qué los alimentos están más rápido en la olla pitadora? ¿Por qué cuando el balón de futbol a pesar de estar un poco desinflado, cuando estuvo en la cancha a pleno rayos de sol, se infló más? Éstas e infinitas preguntas más están relacionadas con los gases, a pesar de que no los veas, están allí, haciendo parte de tu vida cotidiana. Por ello, es importante que los conozcas para que sepas dar explicación a muchos fenómenos diarios que te suceden y puedas tomar decisiones que pueden en determinado momento definir hasta tu vida, ¡ya sabrás por qué no se puede acercar los cilindros de gas a fuentes de calor!

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL DE INTRODUCCIÓN

(en esta actividad va utilizar elementos que van a estar a altas temperatura, por favor sea cuidadoso para evitar quemaduras)

Materiales

Agua
1 botella plástica puede ser de gaseosa o de agua, la botella debe tener tapa
1 olla o recipiente para hervir agua.
1 parrilla, estufa o fogón
Material aislante como por ejemplo guantes de tela para cocina para coger objetos calientes

Procedimiento (debe tomar fotografías del proceso experimental)

Paso 1: hierva una cantidad de agua en la olla de modo que la cantidad de agua utilizada este en capacidad de llenar la botella plástica hasta la mitad o un poco menos.
Paso 2. Usando guantes o algún material aislante de calor, coja la olla con agua hirviendo y vierte el contenido en la botella plástica, llenándola hasta la mitad o un poco menos. Cuando termine, tape la botella
Paso 3. Inmediatamente moje la botella con abundante agua fría.

Informe

Explique qué sucedió con la botella y argumente porque se da tal situación.

ESTADOS DE LA MATERIA

Recuerda que la materia es todo aquello que existe, posee masa y ocupa un lugar en el espacio. De igual manera esta materia posee como unidad básica los átomos, los cuales a su vez se unen formando moléculas ya sea consigo mismos o con átomos de otro elemento. Para efectos prácticos en lo sucesivo vamos a nombrar a estos átomos como partículas que están condicionadas a diversas variables como presión y temperatura que virtualmente causan efectos sobre su estado ya sea líquido, solido o gaseoso.

Los estados de la materia dependen de las fuerzas de cohesión (unión) y repulsión de sus partículas, las cuales a su vez están influenciados por la presión y la temperatura de tal manera que:

· Al aumentar la presión (fuerza ejercida sobre ellas) las partículas de la materia se acercan y aumentan las fuerzas de cohesión entre ellas.

· Al aumentar la temperatura, las partículas de la materia se mueven más rápido y aumenta la fuerza de repulsión propiciando alejamiento entre ellas.

· Al disminuir la temperatura, las partículas de la materia se acercan y aumentan la fuerza de unión entre ellas.

La materia se presenta en la naturaleza en los siguientes estados:

SOLIDO: Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.

LIQUIDO: Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).

GASEOSO: Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija, pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos. En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño.
Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible.
Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión.

Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible.

Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión.

CAMBIOS DE ESTADO

El estado en el cual se encuentra en particular una sustancia depende de dos factores o condiciones que son la temperatura y la presión, por lo tanto, si se modifica algunas de estas variables o las dos, la materia puede pasar de un estado a otro.

En la figura se representan los tres estados, solido, líquido y gaseoso mediante partículas con una cercanía característica. Las flechas indican el nombre del proceso que se da para que dichas partículas pasen de un estado a otro, así por ejemplo el paso de solido a liquido se denomina fusión y de líquido a solido se le llama solidificación.

Cuando una sustancia como el agua cambia del estado de vapor a liquido se le denomina condensación.

ENERGÍA Y CAMBIOS DE FASE

Tal como se observó en la gráfica anterior, el cambio de estado implica ceder o absorber calor es decir absorbe o cede energía.

Si se calienta un sólido o un líquido en forma continua, terminará por cambiar de fase. Un sólido se derretirá y un líquido se evaporará. Para la licuefacción de un sólido y para la evaporación de un líquido se necesita agregar energía. A la inversa, se debe extraer energía de una sustancia para cambiar su fase de gas a líquido y a sólido.

Las transiciones entre las fases sólidas líquidas y gaseosas, suelen incluir grandes cantidades de energía, en comparación con el calor específico. Si a una masa de hielo, le añadimos calor a un ritmo constante, para que lo lleve a través de los cambios de fase, primero a líquido y luego a vapor, las energías necesarias para llevar a cabo los cambios de fase (llamadas calor latente de fusión y calor latente de vaporización), daría lugar a las mesetas que observamos en el gráfico de temperatura vs tiempo de abajo. Se supone que la presión en el gráfico, es de 1 atmósfera estándar.

Es de aclarar que el agua hierve a 100ºC por ejemplo en Cartagena, porque la altura de esa ciudad es de cero metros sobre el nivel del mar, en el caso de Santa Bárbara que está a una altura de 1800 metros sobre el nivel del mar, el agua hierve a una temperatura menor de 100ºC (aproximadamente entre 95ºC y 97ºC)

TRANSFORMACIONES Y LEYES DE LOS GASES IDEALES

Cuando un gas pasa de un estado (1) con ciertos valores para su volumen, masa, presión y temperatura, a otro estado (2) con algún o algunos valores de esas propiedades diferentes, decimos que este gas sufre una transformación.

En las transformaciones que puede experimentar un gas, es posible controlar alguna de las propiedades (masa, volumen, presión, temperatura) y observar la manera en que cambian las otras. Las relaciones que aparecen entre esas propiedades se resumen en unas leyes experimentales que se cumplen para los que se denominan gases ideales. Para los gases que se encuentran en la naturaleza (O2, H2, N2, aire, etc) o gases reales, tales leyes se cumplen aproximadamente, cuando estos gases están sometidos a pequeñas presiones y altas temperaturas.

TRANSFORMACIÓN ISOTÉRMICA Y LEY DE BOYLE

(En esta ley la temperatura del gas es invariable)

La primera transformación que analizaremos es aquella que ocurre cuando la temperatura de un gas se mantiene constante, pero se varía la presión que sobre él se ejerce, lo cual resulta en una variación en su volumen.

P₁V₁ = P₂V₂ , se conoce como La Ley de Boyle que dice que:

Si la temperatura de cierta cantidad de gas se mantiene constante, el volumen (V) de éste cambia inversamente con la presión (P) del gas. Ya que la temperatura se mantiene constante durante este proceso, a éste se le denomina proceso isotérmico.

APLICACIONES DE LA LEY DE BOYLE

La ley de Boyle tiene muchas aplicaciones en la vida moderna, entre ellas podemos mencionar por ejemplo el buceo, esto se debe a que el buzo debe expulsar el aire de sus pulmones cuando asciende porque este se expande al disminuir la presión y de no hacerlo podría causar daño al tejido.

Se puede observar en todos los aparatos que utilizan o que funcionan por medio de la energía neumática como por ejemplo los brazos robóticos los cuales utilizan pistones neumáticos, actuadores, reguladores de presión y válvulas liberadoras de presión entre otros componentes más.

Los motores a gasolina, gas o diésel también utilizan la ley de Boyle en el proceso de la combustión interna, ya que en un primer tiempo determinado ingresa el aire al cilindro con volumen y presión, y en un segundo tiempo, se disminuye el volumen al aumentar la presión de este.

El sistema de airbag que poseen los automóviles, el cual funciona por medio de una descarga de una cantidad de aire o gas determinada desde una cámara que llega hasta la bolsa exterior, lugar en el cual la presión disminuye y el volumen aumenta manteniendo una temperatura constante.

TRANSFORMACIÓN ISOBÁRICA Y LEY DE CHARLES

(En esta ley la presión del gas es invariable)

Sabemos que si se transfiere calor a cierta masa de gas su temperatura aumenta. Al aumentar la temperatura del gas, las moléculas que lo componen aumentan su energía térmica y chocan constantemente entre sí separándose, hecho que conlleva un aumento en el volumen del gas (este se dilata).

Ese volumen puede aumentar constantemente en la medida en que aumente la temperatura, es decir, entre estas dos variables existe una proporción directa: mientras una aumenta la otra también lo hace, esto siempre y cuando el gas se mantenga a una presión constante.

V₁/T₁ = V₂/T₂, se conoce como la Ley de Charles que dice que:

Si la presión de cierta cantidad de gas se mantiene constante, el volumen (V) de éste guarda una relación directamente proporcional con su temperatura (T). Ya que la presión se mantiene constante durante este proceso, a éste se le denomina proceso Isobárico.

APLICACIONES DE LA LEY DE CHARLES

La ley de Charles puede ser utilizada en las siguientes aplicaciones:
Globos aerostáticos
Bolsas de aire
Aire en los neumáticos de un vehículo en movimiento

TRANSFORMACIÓN ISOCÓRICA O ISOMÉTRICA Y LEY DE GAY-LUSSAC

(En esta ley el volumen del gas es invariable)

Cuando ponemos en la estufa una olla pitadora, existe una transferencia de calor hacia la olla, los alimentos y el agua contenida en ella. Esa transferencia de calor produce un aumento en la temperatura de cada uno de esos cuerpos y sustancias.

En el caso del agua, ese aumento de temperatura ocasiona que, al moverse más rápido sus moléculas, estas lleven a que el estado del agua cambie y se transforme en vapor de agua. Ese gas (vapor de agua), sigue aumentando su temperatura y las moléculas se mueven cada vez más rápido, chocando con las paredes de la olla. Dichos choques ejercen fuerza sobre las paredes aumentando igualmente la presión que el gas ejerce.

Al tener ese gas contenido en la olla con un volumen constante, el aumento en su temperatura (energía interna) produce un aumento en la presión de este. Esa variación es directamente proporcional. Es decir, al aumentar la temperatura en la misma proporción aumenta la presión, solo que mientras la olla permanezca sellada, el volumen de la masa de gas será constante.

P₁/T₁ = P₂/T₂, se conoce como la Ley de Gay-Lussac que dice que:

Si el volumen de cierta cantidad de gas se mantiene constante, la presión (P) de éste guarda una relación directamente proporcional con la temperatura (T). Ya que el volumen se mantiene constante durante este proceso, a éste se le denomina proceso isocórico.

APLICACIONES DE LA LEY DE GAY-LUSSAC

Algunas de las aplicaciones en las cuales podemos observar esta ley son las siguientes:

La ley de Gay-Lussac es aplicada en nuestra vida diaria por ejemplo en las ollas a presión en las cuales cuando se aumenta la temperatura de la olla, el gas en el interior elevara su presión.
Para diseñar propulsores en latas la presión de manera que el gas se pueda acumular y después tener una salida controlada.
En las latas de soda o refresco como popular se conocen, se hace uso de los gases, ya que la cantidad de gas que se encuentra disuelta en un líquido es directamente proporcional a la presión que ejerce ese gas sobre el líquido. Al ser la soda un líquido que usa dióxido de carbono, cuando se abre la lata escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ahí el sonido que emite.

LEY COMBINADA O GENERAL DE LOS GASES

Las relaciones que hasta ahora hemos estudiado entre la presión, el volumen y la temperatura de un gas, pueden ser combinadas en una sola expresión denominada Ley combinada de los gases. Esta ley es comúnmente empleada para poder conocer cómo se comporta una de esas variables (P, V, T) mientras las otras dos cambian, para una cantidad o masa constante de gas.

Dicha ley establece que el volumen (V) ocupado por una masa o cantidad de gas, varía de manera inversa con la Presión (P) que sobre éste se ejerce (Ley de Boyle: Si (P) aumenta, (V) disminuye y viceversa) y de manera directa con la Temperatura (T) que experimenta (Ley de Charles: Si (T) aumenta, (V) aumenta y viceversa). Del mismo modo, si dicho Volumen (V) se mantiene constante, la Presión (P) variará de manera directa con la Temperatura (T) (Ley de Gay-Lussac: Si (T) aumenta, (P) aumenta y viceversa).

Dicha combinación de las tres leyes puede ser expresada así:

Para una cantidad de gas constante, el volumen (V) es inversamente proporcional a la presión (P) y directamente proporcional a la temperatura (T) que soporta.

ACTIVIDAD

1. Con base en la teoría de cambios de estado de la materia completa adecuadamente los espacios en blanco del siguiente texto:(no de la respuesta dentro del texto, haga un espacio con cada literal como se muestra después de la lectura)

El agua es un elemento muy abundante en la naturaleza y el propiciador de la vida. En ella se da uno de los denominados ciclos biogeoquímicos mediante el cual circula entre el aire, el agua y el suelo gracias a variaciones de temperatura que inducen a cambios de estado físico. Es así como después de que cae en forma_____(a)_____ al suelo y ser sometida a los rayos directos del sol ella se_____(b)______ pasando al estado de vapor debido a que sus partículas se ____(c)_______lo suficiente. Posteriormente en las alturas las bajas temperaturas hacen que estas partículas vuelvan a juntarse pasando de nuevo al estado líquido en un proceso llamado _____(d)_______que la convierte en lluvia. En ocasiones el frio en las alturas es tan grande que el agua se___(e)_______ convirtiéndose en hielo. Este paso de gas o vapor al estado sólido sin pasar por el líquido se le denomina sublimación _____(f)_________. A todos estos procesos se les denomina ciclos ya que se repiten permanentemente yendo y volviendo a su etapa inicial.

Además, para pasar de sólido a liquido una cantidad de agua es necesario ____(g)______ energía, donde requiere un valor en calorías de ____(h)_________, además para pasar la temperatura de esta masa, de 0ºC a 100ºC debe calentar el agua agregando____(i)_______cal/gm,, es decir si se tienen cinco gramos de agua a 0ºC la cantidad de calorías que se deben suministrar es de_____(j)_______para incrementar la temperatura a 100ºC.

Respuesta (favor escriba la respuesta al frente de cada literal no dentro del texto)

a)aquí va la respuesta (a)

b)aquí va la respuesta (b)

c)aquí va la respuesta (c)

d)aquí va la respuesta (d)

e)aquí va la respuesta (e)

f)aquí va la respuesta (f)

g)aquí va la respuesta (g)

h)aquí va la respuesta (h)

i)aquí va la respuesta (i)

j)aquí va la respuesta (j)

2. Completa el siguiente cuadro planteando dos ejemplos para cada cambio de estado indicado y observados en la vida cotidiana.

CAMBIO DE ESTADO	EJEMPLOS
Fusión	1.
	2.
Solidificación	1.
	2.
Vaporización	1.
	2.
Sublimación progresiva	1.
	2.

3. Se tiene un globo en cierto estado inicial, a una presión de 1 atm, con cierta cantidad de gas en su interior y a una temperatura de 10ºC. Indique qué le sucede al globo cuando se modifica la presión o la temperatura según corresponda. Justifique su respuesta.

¿Qué sucede cuando el globo es puesto en un cuarto frío, con
temperaturas bajo cero?
¿Qué sucede cuando el globo flota hasta una altura, donde la presión externa es menor?
¿Qué sucede cuando La temperatura del ambiente se eleva hasta 30 ºC?
¿Qué sucede cuando se aumenta la temperatura a 25ºC y se disminuye la presión?

4. Complete la siguiente Tabla con el comportamiento de las variables que faltan. Tome como referencia las condiciones planteadas para cada uno de los casos. Explique la razón de ese cambio.

Para las condiciones faltantes explique qué sucede en cada caso.

Temperatura (T)	Presión (P)	Volumen(V)	Cantidad(m)
Se reduce a la mitad	(a)	Se duplica	constante
Se duplica	Se duplica	(b)	Constante
Aumenta	(c)	Constante	Constante
disminuye	(d)	Constante	Constante

En su trabajo usted debe dar respuesta para cada literal en un espacio como se presenta a continuación (no tiene que elaborar el cuadro, lo presenta como texto en forma ordenada)

a)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

c)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

d)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Realice un cuadro comparativo como se muestra en la tabla con cada una de las leyes planeadas en el documento.