Exercicis dels estats de la matèria — Física i Química 2n ESO

Sòlid: partícules molt juntes i ordenades que només vibren al seu lloc. Líquid: partícules juntes però desordenades que poden lliscar unes sobre les altres. Gas: partícules molt separades que es mouen molt de pressa i xoquen entre elles.

És un sòlid. Té forma pròpia i volum fix perquè les seves partícules estan molt juntes i ordenades i només vibren, sense poder-se moure de lloc. No es pot comprimir perquè no hi ha espai buit entre les partícules per apretar-les.

Si redueixes el volum a la meitat, la pressió es fa el doble (menys volum, més pressió). Si dobles el volum, la pressió es fa la meitat (més volum, menys pressió). Pressió i volum van al revés l'una de l'altre.

a) Fusió.
b) Vaporització (evaporació o ebullició).
c) Condensació.
d) Solidificació.
e) Sublimació.

A és un sòlid: forma i volum fixos.
B és un líquid: el volum és fix, però flueix i s'adapta al recipient.
C és un gas: ocupa tot el recipient i pren la seva forma i el seu volum.

Es compara 25 °C amb les dues temperatures de canvi d'estat.
Ferro: 25 °C és inferior a 1538 °C, per tant és sòlid.
Etanol: 25 °C està entre -114 °C i 78 °C, per tant és líquid.
Oxigen: 25 °C és superior a -183 °C, per tant és gas.

t = T - 273 = 300 - 273 = 27 °C.
Comprovació: 27 + 273 = 300 K.

Absorbeixen energia (cal escalfar): fusió i vaporització.
Desprenen energia (es refreda): condensació i solidificació.
Regla: si les partícules s'han de separar, cal donar energia; si s'acosten, n'alliberen.

És una sublimació: el pas directe de sòlid a gas, sense passar per l'estat líquid.
El canvi invers (gas → sòlid) també es produeix sense estat líquid i es diu sublimació inversa (o deposició).

Frase completa: quan un sòlid es fon, les partícules que només vibren al seu lloc guanyen energia, les forces d'atracció entre elles disminueixen una mica i les partícules poden lliscar unes sobre les altres, sense que es separin gaire.

En un gas les partícules estan molt separades i es mouen molt de pressa en totes direccions, així que s'escampen fins a ocupar tot l'espai disponible. En un líquid les partícules estan juntes: llisquen i prenen la forma del recipient, però es queden al fons i no s'escampen per tot el volum.

La condensació. El vapor d'aigua (gas) de dins del cotxe ha tocat el vidre fred, s'ha refredat i ha passat a líquid, formant les gotetes. De gas a líquid és la condensació.

Els trams plans són els canvis d'estat. El primer (el més baix) és la fusió: temperatura de fusió = 50°C. El segon (el més alt) és l'ebullició: temperatura d'ebullició = 115°C. Per sota de 50°C és sòlida; entre 50°C i 115°C, líquida; per sobre de 115°C, gas.

Multiplico el principi: $P_{1}$·$V_{1}$ = 2·6 = 12. Al final ha de valer igual: $P_{2}$·$V_{2}$ = 12, amb $V_{2}$ = 3 L. Aleshores $P_{2}$·3 = 12, per tant $P_{2}$ = 4 atm. He reduït el volum a la meitat (de 6 a 3 L) i la pressió s'ha fet el doble (de 2 a 4 atm).

Perquè a dins hi ha gas en un recipient tancat i rígid (volum fix). Si l'escalfes, les partícules es mouen més de pressa i xoquen més fort contra les parets: la pressió puja molt. Com que el volum no pot créixer, la pressió pot arribar a ser tan alta que la llauna explota.

El sol escalfa l'aire de dins del globus. Les partícules del gas es mouen més de pressa i xoquen més fort contra les parets. Com que el globus pot estirar-se, aquest empenyiment fa que el volum augmenti i el globus s'infli més. Si s'escalfa massa, la pressió pot ser tan gran que el globus peti.

1) L'evaporació es produeix a qualsevol temperatura, mentre que l'ebullició només a la temperatura d'ebullició (100 °C a nivell del mar).
2) L'evaporació passa només a la superfície del líquid i és lenta; en l'ebullició es formen bombolles de vapor a tot el líquid i és ràpida i tumultuosa.
Per això la roba estesa s'asseca sense que l'aigua arribi a bullir.

a) La temperatura es manté a 0 °C: és la fusió. El gel es converteix en aigua líquida i l'energia s'usa per canviar d'estat, no per escalfar.
b) La temperatura es manté a 100 °C: és l'ebullició (vaporització). L'aigua líquida passa a vapor.
c) Al minut 8 (20 °C) tot el gel ja s'ha fos i encara no bull: és aigua líquida.

A temperatura constant, un gas compleix la llei de Boyle: P₁·V₁ = P₂·V₂.
1 atm · 30 mL = 3 atm · V₂, d'on V₂ = 30/3 = 10 mL.
Comprovació: la pressió s'ha triplicat i el volum s'ha dividit per 3.

Les partícules del perfum (en estat gas) es mouen contínuament i en totes direccions, i xoquen amb les de l'aire.
Poc a poc s'escampen per tot l'espai disponible fins a arribar a l'altre extrem: aquest fenomen es diu difusió.
S'escampa més de pressa si la temperatura és més alta, perquè les partícules es mouen més de pressa.

En escalfar-se (per exemple, al sol d'estiu), les partícules del metall vibren més i necessiten una mica més d'espai: el sòlid es dilata.
Els espais deixen lloc perquè els rails s'allarguin sense deformar-se ni trencar-se.
A l'hivern, en refredar-se, es contreuen i l'espai augmenta una mica.

Perquè a 100°C l'aigua està canviant d'estat (vaporització): tota la calor que dones s'usa a convertir el líquid en gas, no a pujar la temperatura. Mentre quedi aigua líquida bullint, el termòmetre es queda a 100°C. Només tornarà a pujar quan tota l'aigua s'hagi convertit en vapor.

Fals.
La temperatura mesura l'agitació mitjana de les partícules: si les dues són a 100 °C, tenen la mateixa energia cinètica mitjana.
El vapor té més energia total perquè durant l'ebullició s'ha aportat energia per separar les partícules (vencent les forces d'atracció), no per fer-les anar més de pressa.

Llei de Boyle: P·V = constant = 3 · 8 = 24 atm·L.
a) P = 24/12 = 2 atm (el volum augmenta, la pressió baixa).
b) P = 24/2 = 12 atm (el volum és 4 vegades més petit, la pressió és 4 vegades més gran).

Regla: per sota de la fusió és sòlid; entre fusió i ebullició, líquid; per sobre de l'ebullició, gas.
A 25 °C: A líquid; B sòlid; C gas; D sòlid.
A 100 °C: A gas; B líquid; C gas; D sòlid.
A -50 °C: A sòlid; B sòlid; C líquid; D sòlid.

Es calcula el producte P·V: 1·12 = 12; 2·6 = 12; 3·4 = 12; 4·3 = 12. És constant (12 atm·L), per tant es compleix la llei de Boyle.
A 6 atm: V = 12/6 = 2 L.
Per a V = 1 L: P = 12/1 = 12 atm.

L'aire de dins la bossa fa pressió sobre les parets perquè les partícules hi xoquen. Aquesta pressió es compensa amb la pressió de l'aire de fora.
A la muntanya la pressió atmosfèrica és més baixa, de manera que la pressió del gas de dins (que no ha canviat) és més gran que la de fora i empeny les parets.
El gas s'expandeix i la bossa s'infla (en aquest cas, la temperatura es considera constant).

És incorrecta.
En el gel, les partícules ocupen posicions fixes i ordenades, però continuen vibrant al seu lloc. Només al zero absolut (0 K = -273 °C) la vibració quedaria pràcticament aturada.
El gel té menys energia que l'aigua líquida, però no zero.

L'aigua bull quan la pressió del seu vapor iguala la pressió exterior. A l'alçada, la pressió atmosfèrica és més baixa, així que la temperatura d'ebullició també és més baixa (per exemple, 95 °C).
L'aigua bullent està menys calenta que a nivell del mar, de manera que cuina més lentament els aliments.
En una olla a pressió passa el contrari: la pressió és més alta i l'aigua bull a més de 100 °C.

Model de resposta: El sol escalfa l'aigua dels mars i dels rius i una part s'evapora (canvi de líquid a gas). El vapor puja, es refreda a l'altura i es condensa (de gas a líquid) formant petites gotes que constitueixen els núvols. Si les gotes cauen com a pluja, tornen a la superfície; si fa molt de fred, l'aigua es solidifica (de líquid a sòlid) i cau com a neu o calamarsa. Després, el gel que es fon (fusió) torna a alimentar rius i mars i el cicle recomença.