Estados de la materia
¿Por qué flota el hielo, por qué hierve el agua a 90 °C en las montañas y por qué cuesta cada vez más empujar una jeringa? Cambia la temperatura y observa cómo las partículas se fijan en un cristal, se deslizan en un líquido o se separan al formar un gas. Después, estudia una curva de calentamiento real y la ley de Boyle con datos de OpenStax y del NIST.
Acerca de este curso
Pon sobre la mesa un vaso de precipitados con hielo a −12 °C. OpenStax muestra lo que ocurre: después de diez minutos el hielo se ha calentado hasta 0 °C y se ha derretido un poco. Treinta minutos después se ha derretido más, pero el termómetro sigue marcando 0 °C. Solo cuando desaparece el último trozo de hielo la temperatura empieza a subir, hasta llegar a 22.2 °C. El hielo estuvo absorbiendo calor de la habitación todo ese tiempo, y este curso explica adónde fue ese calor.
Las seis unidades son qué es la materia, las partículas en sólidos, líquidos y gases, la fusión y la congelación, la evaporación y la ebullición, las curvas de calentamiento, y la presión de un gas con la ley de Boyle. Las moléculas de agua no cambian: H₂O es H₂O en el hielo, el agua y el vapor. Lo que cambia es qué tan separadas están las moléculas, con qué fuerza se sujetan entre sí y qué tan rápido se mueven. La evaporación ocurre solo en la superficie y a cualquier temperatura, mientras que la ebullición ocurre en todo el líquido y a una temperatura determinada. La curva de calentamiento se trabaja con números reales: convertir 135 g de hielo a −15 °C en vapor a 120 °C requiere 416 kJ, y 305 kJ de eso se van solo en la ebullición. OpenStax redondea cada paso e indica 416 kJ, mientras que al sumar los valores sin redondear sale 415.4 kJ, que es lo que muestra el modelo del laboratorio.
La última unidad explica la presión de un gas con moléculas en movimiento. Si comprimes el gas a la mitad del volumen, cada parte de la pared recibe golpes el doble de veces y la presión se duplica. En una pregunta de práctica, un gas ocupa 2.0 L a 100 kPa y se comprime a 0.50 L a la misma temperatura, y tú calculas la nueva presión.
Antes de empezar
Puedes empezar aquí sin saber nada de química, ya que la primera unidad pregunta qué es la materia. En la unidad de curvas de calentamiento, el calor se cuenta en kilojulios por mol, así que ayuda la sección sobre moles de Enlaces químicos, y las preguntas de la ley de Boyle solo necesitan multiplicar y dividir.
Al terminar
Podrás distinguir masa de peso, describir cómo se comportan las partículas en un sólido, un líquido y un gas y explicar por qué el hielo se mantiene a 0 °C mientras se derrite. Podrás explicar por qué el agua hierve a unos 90 °C en Leadville, calcular el calor necesario para fundir hielo o hacer hervir agua a partir de sus moles y usar la ley de Boyle para hallar un nuevo volumen de gas.
- 1Qué es la materiaUna astronauta en la Luna pesa una sexta parte de lo que pesa en la Tierra, pero su masa no cambia en absoluto.
- 2Partículas en sólidos, líquidos y gasesLas moléculas de nitrógeno del aire que te rodea a 30 °C se mueven a unos 519 m/s, más rápido que un avión de pasajeros.
- 3Fusión y solidificaciónUn vaso de precipitados con hielo, calentado por el aire de la habitación, permaneció exactamente a 0 °C durante más de media hora mientras el hielo se fundía.
- 4Evaporación y ebulliciónEn Leadville, Colorado, a unos 3100 m de altitud, la presión atmosférica es de unos 68 kPa y el agua hierve a unos 90 °C.
- 5Curvas de calentamientoTransformar 135 g de hielo a −15 °C en vapor a 120 °C requiere 416 kJ, de los cuales 305 kJ se destinan solo a la ebullición.
- 6Presión de los gases y ley de BoyleEn 1662, Robert Boyle comprimió aire atrapado hasta reducir su volumen a la cuarta parte y observó que su presión había aumentado unas cuatro veces.
Fuentes de este curso (8)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
- 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
- 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
- 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
- NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
- USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
- Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
- Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.
Fecha de consulta: 2026-10-17