Los estados de la materia y las partículas ¿Cuáles son los estados de la materia? ¿Cuáles son sus características? ¿Cómo se explican? Nivel: 6° Básico Unidad 4 Objetivo de Aprendizaje 12: Explicar, a partir de modelos, que la materia está formada por partículas en movimiento en sus estados sólido, líquido y gaseoso. Indicadores: Diseñan modelos simples sobre la constitución particulada de la materia. Formulan predicciones sobre el comportamiento de las partículas que forman la materia al transferirles calor. Describen y comunican mediante diagramas y modelos, el comportamiento de las partículas que forman la materia en sus estados sólido, líquido y gaseoso. Relacionan el carácter dinámico de las partículas que conforman la materia y sus diferencias de movimiento en los estados sólido, líquido y gaseoso. Objetivo de Aprendizaje 13: Demostrar, mediante la investigación experimental, los cambios de estado de la materia, como fusión, evaporación, ebullición, condensación, solidificación y sublimación. Definen el concepto de cambio de estado de la materia Dan ejemplos de cambios de estado en su entorno. Explican los cambios de estado de la materia a nivel particulado. Comparan los cambios de estado de la materia, registrando sus similitudes y diferencias. Identifican algunas variables que influyen en los cambios de estado de la materia (energía calórica, volumen, presión). Exploran y explican el efecto de la temperatura en los procesos de evaporación, condensación, ebullición, fusión, solidificación y sublimación. Planifican y conducen experiencias prácticas de cambios de estado de la materia. Establecen similitudes y diferencias en el comportamiento de las partículas en los procesos de cambio de estado. FUENTE DEL AUTOR

La infinidad de cosas que nos rodean están constituidas de pequeñas partículas en movimiento. Estas partículas no las podemos ver con nuestros ojos, pero las podemos imaginar así… El concepto de sólido es complejo. En la figura 2 tal vez lo único estrictamente sólido podría ser el hielo que está en el vaso, eso si está en estado cristalino. En rigor, hasta el vidrio del vaso es un líquido, muy viscoso, pero que escurre con las propiedades macroscópicas de todo líquido. FUENTE DEL AUTOR

De los materiales que me rodean, ¿cuáles están en estado sólido? El cubo de hielo que está en el vaso, el vaso, el macetero, las tijeras, la mesa, los hielos eternos de las montañas, las montañas, las rocas, mis huesos… FUENTE DEL AUTOR

De los materiales que me rodean, ¿cuáles están en estado líquido? El agua del vaso, la de los ríos, y océanos, las de las gotitas que forman las nubes, la sangre de mi cuerpo… En la figura 3 también puede ser polémica, pero hay que entender los líquidos FUENTE DEL AUTOR

De los materiales que me rodean, ¿cuáles están en estado gaseoso? En adelante centraremos la atención principalmente en el agua, la cual puede estar en estado sólido, líquido y gaseoso. Lo que diremos sobre ella, también ocurre con la muchos de los materiales. El aire… no veo otro. En la figura 4 el único gas es el que no se ve, el aire. Muchos profesores y textos escolares ensañan que lo que sale de una tetera con agua hirviendo es vapor de agua; es decir, agua gaseosa. Lo mismo dicen de las nubes, pero en ambos casos hay un gran error, no es vapor de agua, son pequeñas gotitas de agua líquida. El vapor de agua está en el aire que respiramos y es completamente invisible. Filmamos años atrás un video que lo prueba. Está en Educar Chile. FUENTE DEL AUTOR

¿En qué se diferencian los sólidos de los líquidos y gases? Cuando el agua está en estado sólido, las partículas vibran, pero se mantienen en una posición fija. Los objetos sólidos poseen una forma única, como el cubo de hielo, el vaso, las tijeras, etc. FUENTE DEL AUTOR FUENTE DEL AUTOR

¿En qué se diferencian los líquidos de los sólidos y los gases? Cuando el agua está en estado líquido, las partículas se mueven más libremente y con mayor rapidez. La forma definida ya no es definida, sino que depende del contendor. Aquí no hay agua FUENTE DEL AUTOR FUENTE DEL AUTOR

¿En qué se diferencian los gases de los sólidos y los líquidos? Cuando el agua se encuentra en estado de gas, las partículas (que no podemos ver) se mueven con más libertad y muy rápido. Los gases tampoco poseen una forma definida y también ocupan la forma y el volumen del espacio disponible. FUENTE DEL AUTOR FUENTE DEL AUTOR

¿Qué reconoces en esta fotografía? Hagamos el siguiente experimento: Coloquemos un cubo de hielo en un plato. Encendamos una lámpara para entregarle calor. Intenta predecir: ¿Qué le sucederá al agua sólida? ¿Qué le ocurrirá a las partículas? ¿Qué reconoces en esta fotografía? Después de un tiempo, el cubo de hielo ha desaparecido. En su lugar hay agua líquida en el plato . Después de un rato, tampoco queda agua líquida en el plato. FUENTE DEL AUTOR

¿Qué ocurrió? se produjeron cambios de estado. El hielo (agua sólida) cambió a agua líquida y ésta cambió a agua gaseosa. El agua en forma de gas se disuelve en el aire y es invisible. Esta evaporación es la que seca la ropa tendida al aire libre. Las partículas recibieron energía de la luz y aumentaron su rapidez. Las partículas que conforman el agua gaseosa ya no las podemos ver, pero siguen existiendo. FUENTE DEL AUTOR

Observa cuidadosamente la animación del cubo de hielo en el plato cuando se le entrega energía. Gas Gas Gas Sólido Líquido

En los líquidos, los átomos se mueven con mayor facilidad y rapidez. Aquí se ilustra lo que ocurre con las partículas y/o moléculas que forman un material cuando se encuentra en los estados sólido, líquido y gaseoso. Hay que notar que además de la rapidez con la se mueven, hay otras diferencias. Sólido Líquido Gas La evaporación del agua se produce a cualquier temperatura. La ebullición, dependiendo de la presión, ocurre a una temperatura única, por ejemplo, a 100° C, cuando la presión es de una atmósfera. Los sólidos poseen una forma definida porque los átomos solo se mueven en ciertas posiciones En los líquidos, los átomos se mueven con mayor facilidad y rapidez. En los gases, los átomos se mueven con total libertad y mucho más rápido. FUENTE DEL AUTOR

Estos cambios se denominan: Fusión; de sólido a líquido Estos cambios se denominan: Fusión; de sólido a líquido. Evaporación; de líquido a gas. Estos cambios se producen porque se entrega energía al agua. En los cambios de estado, de sólido a líquido y de líquido a gas, las partículas, aumentaron sus rapideces, se separaron y quedaron más libres para moverse. Sólido Líquido Gas Esto ocurre, por ejemplo, cuando el hielo se está fundiendo Esto ocurre, por ejemplo, cuando el agua hierve en la tetera Evaporación Fusión La evaporación del agua se produce a cualquier temperatura. La ebullición, dependiendo de la presión, ocurre a una temperatura única, por ejemplo, a 100° C, cuando la presión es de una atmósfera. Cambio de sólido a líquido Cambio de líquido a gas FUENTE DEL AUTOR

Paso de líquido a sólido ¿Será posible realizar los cambios de en sentido opuesto? De gas a líquido y de líquido a sólido? Por supuesto que si. También existe: Condensación; de gas a líquido. Solidificación de líquido a sólido. Estos cambios se producen porque se extrae o saca energía al agua. Es lo que ocurre al poner agua líquida en el congelador de la casa. Gas Líquido Sólido Solidificación Condensación Esto ocurre, por ejemplo, cuando el vapor de agua se condensa en el vidrio de la ventana Esto ocurre, por ejemplo, en el refrigerador cuando hacemos cubitos de hielo Paso de gas a líquido Paso de líquido a sólido FUENTE DEL AUTOR

Existe otro cambio de estado, que en caso del agua es muy importante en la naturaleza. Por ejemplo existen grandes zonas de hielo en nuestro planeta. Este hielo se transforma en gas. Un cambio de estado llamado sublimación. Es el paso de estado sólido al gaseoso. Sólido Gas Sublimación Paso de sólido a gas FUENTE DEL AUTOR

Los cambios de estados en la naturaleza ¿Dónde se produce la fusión en la naturaleza? En las nieves de las montañas, allí donde nacen los ríos. En el derretimiento de los casquetes polares. En el hielo que enfría una bebida. FUENTE DEL AUTOR

¿Dónde se produce la evaporación en la naturaleza ¿Dónde se produce la evaporación en la naturaleza? ¿Cuál es la diferencia con la ebullición? La evaporación del agua líquida se produce a temperatura ambiente. En ríos, océanos y en cualquier charco de agua. Así se seca la ropa tendida al aire. La ebullición se produce cuando el agua hierve y se observan burbujitas. Esto ocurre aproximadamente a 100° C. FUENTE DEL AUTOR

¿Dónde se produce la condensación en la naturaleza? En los vidrios de las ventanas de nuestras casas y vehículos de transporte, cuando afuera la temperatura es baja en relación a la interior. Cuando eso ocurre, decimos que los vidrios se han empañado. Lo mismo ocurre en los espejos del baño cuando nos duchamos con agua caliente. También ocurre en los vidrios de los lentes cuando nos acercamos al plato de sopa. FUENTE DEL AUTOR

¿Dónde se produce la solidificación en la naturaleza? En muchos lugares del mundo, en que las temperaturas ambientales son muy bajas. Por ejemplo a veces en invierno los charcos de agua se solidifican y forman en escarcha. Suele ser resbalosa y peligrosa al caminar. En algunos lugares, hay lagos enteros que se congelan. ¡En esos lugares se puede patinar en el hielo!. FUENTE DEL AUTOR

¿Dónde se produce la sublimación en la naturaleza? Es difícil darse cuenta pero ocurre en la naturaleza. También lo podemos ver en el laboratorio de ciencias. La sublimación se produce en los campos de hielo, en los hielos eternos de las montañas y en los casquetes polares. También se produce en los cometas. FUENTE DEL AUTOR

Los cambios de estados en la naturaleza Estas nubes precipitan como lluvia, solidificándose en las altas cumbres y regiones frías. Algunas veces las precipitaciones se solidifican durante la caída, convirtiéndose en nieve o granizos. La precipitación no es un cambio de estado y se produce debido a un crecimiento de las pequeñas gotas de agua que forman las nubes. Ello depende de la presión y la temperatura. Las agua superficiales (lagos, ríos y mares) se evaporan. Este vapor se condensa en gotitas de agua formando las nubes y la niebla. El ciclo del agua en nuestro planeta es un ejemplo en que se producen todos los cambios de estado antes descritos. Los hielos se funden y el agua líquida desciende por los ríos a los mares. Así se repite el fenómeno una y otra vez. FUENTE DEL AUTOR

Los cambios de estado ¿De qué dependen los cambios de estado? La respuesta es complicada, pero se puede resumir en tres factores: Temperatura, presión, material Por ejemplo, a una presión atmosférica promedio, el agua sólida se funde a 0° C y hierve a 100° C. Para otros materiales la temperatura de fusión son distintas. También es diferente para el agua a otras presiones atmosféricas. ¿Crees que el agua hierve a la misma temperatura en el altiplano?

Referencias Web https://www.youtube.com/watch?v=Qb75G--wTNc https://www.youtube.com/watch?v=cMm8rsrjUQ4 https://www.youtube.com/watch?v=bgOmV4KuXjc

Todas las imágenes bajo licencia common creatives Bibliografía Mineduc (2011). Programa de estudios, Ciencias Naturales, 6° básico. Mineduc (2010). Mapas de Progreso, sector Ciencias, Materia y sus transformaciones.