La teoría cinético-molecular y los estados de la materia

Al preparar un refresco usted usa agua de la pila, echa unos cubitos de hielo y, al fondo de la cocina, sale vapor de una olla. Nombre los tres estados en los que se puede encontrar el agua y escriba un ejemplo de la vida diaria para cada uno, distinto de los que aparecen aquí.

Complete la frase con las palabras que faltan: «Según la teoría cinético-molecular, toda la materia está formada por $\dots$ muy pequeñas que están en continuo $\dots$». Explique después con sus palabras por qué no podemos ver esas partículas.

Aitana deja en la estantería de su cuarto una piedra que recogió en la playa. La piedra no cambia ni de forma ni de tamaño, esté donde esté. La figura muestra cómo están ordenadas las partículas dentro de un sólido como ella.

Explique, con la teoría cinético-molecular, por qué los sólidos tienen forma y volumen propios. Piense en cómo están unidas sus partículas y en cómo se mueven.

En un sólido las partículas vibran casi sin cambiar de sitio; en un líquido se deslizan unas sobre otras; en un gas se mueven libremente por todo el recipiente. Relacione cada tipo de movimiento con una de estas observaciones y justifique la relación:

1. a) Un bloque de hierro conserva siempre su forma.
2. b) El agua de una botella puede echarse en un vaso.
3. c) El aire de un globo llena todo su interior.

Kevin vierte el jugo de un vaso ancho a una botella angosta: el jugo cambia de forma, pero la cantidad de jugo es la misma. La figura muestra el jugo en los dos recipientes.

Explique por qué un líquido tiene volumen propio pero no forma propia, pensando en cómo se mueven sus partículas.

Paula tapa con el dedo la salida de una jeringa llena de aire y empuja el émbolo: el aire se puede comprimir bastante. Si llena la jeringa de agua y repite la prueba, el émbolo apenas se mueve. La figura representa las dos pruebas.

¿Qué diferencia hay entre las partículas de un gas y las de un líquido que explica este resultado?

Al inflar una pelota, el aire que entra acaba ocupando todo su interior. Da igual que la pelota sea esférica, como las de fútbol, u ovalada, como las de rugby: el aire siempre la llena por completo. En la figura se representan sus partículas dentro de la pelota.

Explique qué hacen las partículas de un gas y por qué los gases no tienen ni forma ni volumen propios.

Un colchón inflable recién inflado está duro: al apretarlo con la mano, usted nota que resiste. Explique, con la teoría cinético-molecular, qué hacen las partículas del aire contra las paredes interiores del colchón y por qué eso explica que notemos esa resistencia.

Martina compara dos pelotas: una desinflada, que está blanda, y otra recién inflada, que está dura. Dentro de la segunda hay muchas más partículas de aire, como se muestra en la figura.

Explique, pensando en los choques de las partículas contra las paredes de la pelota, por qué la pelota inflada está más dura.

En un cilindro pequeño de gas para camping cabe gas suficiente para llenar muchos globos grandes. ¿Cómo es posible que tanto gas quepa en un recipiente tan pequeño? Relacione esto con los espacios vacíos que hay entre las partículas de un gas.

Alejandra se echa colonia en la muñeca en su cuarto y, al poco rato, su hermano la huele desde la sala sin que corra aire. ¿Cómo han llegado las partículas de la colonia hasta la nariz de su hermano? ¿Cómo se llama ese fenómeno?

Hugo deja caer, con cuidado y sin remover, una gota de tinta en un vaso de agua. Al cabo de un rato, toda el agua se ha teñido de color, como se muestra en la figura.

¿Qué fenómeno ha ocurrido? Explíquelo con la teoría cinético-molecular: ¿qué hacen las partículas de la tinta y las del agua?

Si se escapa un poco de gas de un cilindro de gas propano, se huele en toda la cocina en pocos segundos. En cambio, una gota de tinta en un vaso de agua tarda varios minutos en teñirlo por completo. ¿Por qué cree usted que la difusión es mucho más rápida en los gases que en los líquidos? Piense en la distancia entre las partículas y en lo libres que están para moverse.

Al pasar por delante de una panadería usted huele el pan recién hecho, pero el olor no llega al instante: tarda unos segundos en recorrer los pocos metros hasta usted, aunque las partículas del aroma se mueven muy deprisa. ¿Qué les ocurre a esas partículas en el camino? Piense en las partículas del aire que ya hay entre la panadería y su nariz.

En un bote de desodorante se lee: «No exponer a temperaturas superiores a $50\ ^\circ\text{C}$». El bote es hermético y contiene gas a presión. Explique qué les pasa a las partículas del gas cuando el bote se calienta y por qué el bote puede llegar a estallar.

Tras un paseo largo en bicicleta un día de calor, Omar nota las llantas más duras que al salir, sin haber usado la bomba y sin pinchazos. Explique, con la teoría cinético-molecular, qué ha pasado con las partículas del aire del interior de las llantas.

En casa de Carla, la sopa caliente que acaban de servir se huele desde el pasillo, pero la sopa fría de tomate apenas se nota hasta acercar la nariz al plato. Explique la diferencia con la teoría cinético-molecular: ¿qué efecto tiene la temperatura sobre las partículas y cómo influye eso en la difusión del olor?

En el laboratorio, Erick prepara dos vasos: uno con agua fría de la refrigeradora y otro con agua caliente. Deja caer una gota de colorante en cada uno, al mismo tiempo y sin remover, como se muestra en la figura.

1. a) Prediga qué se observará en cada vaso al cabo de cinco minutos.
2. b) Explique su predicción con la teoría cinético-molecular.
3. c) Enuncie una conclusión general que relacione la temperatura con la velocidad de la difusión.

Una botella de plástico vacía y bien cerrada se queda dentro de un carro al sol: al rato está abombada, como hinchada. Si la mete en la refrigeradora unas horas, aparece arrugada, hundida hacia dentro. Explique los dos cambios con la teoría cinético-molecular: qué hacen las partículas del aire interior en cada caso y qué ocurre con la presión.

Una pelota de ping-pong abollada, pero sin agujeros, se introduce en agua caliente y recupera su forma redonda.

1. a) Explique por qué el calor del agua ayuda a desabollarla: ¿qué hacen las partículas del aire de adentro?
2. b) ¿Funcionaría el truco si la pelota tuviera un pequeño agujero? Justifique la respuesta.

Diseñe un experimento para comprobar que las partículas de un gas están en continuo movimiento usando solo un ambientador en aerosol, un cronómetro y una cinta métrica. Indique:

1. a) Qué haría y qué mediría.
2. b) Qué resultado espera obtener.
3. c) A qué conclusión llegaría si el resultado confirma la teoría.

Un vaso con agua olvidado en el alféizar de una ventana baja de nivel al cabo de unas semanas, aunque nadie toma de él. Explique, con la teoría cinético-molecular, qué les pasa a las partículas más rápidas de la superficie del agua. Después, prediga qué ocurriría con el nivel del agua si el vaso estuviera tapado herméticamente y justifíquelo.