Efectos del cambio de presión

Cuando miramos a nuestro alrededor, notamos una amplia gama de objetos de todas las formas, tamaños y texturas. Todo está hecho de un material llamado materia. Desde el aire, respiramos hasta los alimentos que comemos, e incluso una sola gota de agua es todo. Cuando miramos a nuestro alrededor, podemos ver que todos los elementos mencionados anteriormente ocupan espacio y tienen masa. Tienen masa y volumen, en otras palabras. Las fases sólida, líquida y gaseosa de la materia son los tres tipos básicos de materia. Para comprender el impacto de la presión en los tres estados de la materia, primero debemos comprender sus cualidades fundamentales.

¿Qué es un estado sólido?

El estado sólido es uno de los estados de la materia. Hay tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, a medida que avanzamos en los grados, los conceptos se vuelven más avanzados y hay más cosas que aprender. Los sólidos tienen características que los diferencian de los líquidos y los gases. Pueden soportar cualquier fuerza que se aplique a su superficie. El estado sólido de un compuesto, por otro lado, está determinado principalmente por las propiedades de los átomos, como su organización y las fuerzas que existen entre ellos.

Propiedades físicas y químicas de los sólidos

1. Los sólidos son incompresibles, lo que significa que las partículas constituyentes se agrupan juntas y que hay muy poco espacio entre ellas.
2. Los sólidos son rígidos ya que no hay suficiente espacio entre las partículas constituyentes, lo que hace que sea duro o fijo.
3. Debido a su masa, volumen y forma fijos, los sólidos tienen una disposición compacta de partículas constituyentes.
4. Las moléculas tienen una distancia intermolecular corta. Como resultado de esto, la fuerza entre las partículas constituyentes (átomos, moléculas o iones) es extraordinariamente fuerte.
5. Solo las partículas que componen los componentes pueden fluctuar alrededor de su ubicación media.

Estado liquido

Un líquido es un fluido casi incompresible que se adapta a la forma de su recipiente mientras retiene un volumen (casi) constante a cualquier presión. 

Si la temperatura y la presión son constantes, el volumen es fijo. Cuando un sólido se calienta más allá de su punto de fusión y la presión supera el punto triple de la sustancia, se vuelve líquido. A pesar de la existencia de interacciones intermoleculares (o interatómicas o interiónicas), las moléculas tienen suficiente energía para moverse y la estructura es móvil. Esto significa que la forma de un líquido está dictada por su recipiente, no por el líquido en sí. El agua es la excepción más conocida, ya que su volumen suele ser mayor que el del sólido análogo. La temperatura crítica de un líquido es la temperatura más alta a la que puede sobrevivir. Una transición entre las fases sólida y gaseosa es el estado líquido de la materia. El agua existe en tres estados: hielo (sólido), líquido (agua) y gas (vapor).

Estado gaseoso

El gas se refiere a una sustancia que se puede comprimir. El gas no solo se adaptará a la forma del recipiente que lo contiene, sino que también se expandirá para llenarlo. Las fuerzas intermoleculares tienen una influencia modesta (o ninguna en absoluto en un gas ideal) porque las moléculas en un gas tienen una gran energía cinética y la distancia promedio entre las moléculas vecinas es mucho mayor que la dimensión molecular. Un gas no tiene forma ni longitud definidas, pero llena todo el volumen del recipiente en el que se encuentra. Un líquido se puede convertir en gas calentándolo hasta el punto de ebullición a presión constante o reduciendo la presión a temperatura constante. 

Un vapor es un gas que puede licuarse únicamente por compresión a temperaturas por debajo de su temperatura crítica sin enfriamiento. Cuando un líquido (o sólido) y un vapor están en equilibrio, la presión del gas es igual a la presión de vapor del líquido (o sólido).

Efecto de la presión sobre los estados de la materia

Como los sólidos y los líquidos son estados de la materia no comprimibles, la presión no tiene ningún efecto sobre ellos. Sin embargo, cuando se aplica presión a un sólido, se rompe. Por otro lado, la aplicación de presión a baja temperatura puede provocar la licuación de los gases. Por ejemplo, es posible que haya visto humo esparcirse por todo el escenario durante fiestas o conciertos en el escenario. El hielo seco es todo lo que hay (dirust de carbono sólido). El dirust de carbono sólido se mantiene a alta presión y se licua instantáneamente cuando la presión cae a 1 atmósfera.

El espacio entre las partículas que componen una sustancia es lo que determina su estado de la materia. Como resultado, cuando se aplica presión a un gas, se comprime en líquido, y cuando se aplica presión a un líquido, se solidifica. La presión tiene una influencia insignificante en los sólidos. Cuando se aplica presión a una sustancia, el estado de la sustancia cambia de:

Gas → Líquido → Sólido

Otro efecto del cambio de presión

La condición física de la materia también puede alterarse variando la presión que se le aplica. Aplicando presión y bajando la temperatura, los gases pueden licuarse. Un gas se comprime cuando se le aplica alta presión, y cuando se baja la temperatura, se convierte en líquido. Como resultado, podemos decir que los gases se pueden comprimir y enfriar en líquidos.

Ejemplos de cambio de presión

En circunstancias normales de temperatura y presión, el dirust de carbono es un gas. Aplicando presión a temperatura ambiente, se puede licuar. A alta presión, se almacena dirust de carbono sólido (CO _{2 ).} Cuando la presión se reduce a 1 atmósfera, el CO ₂ sólido se transforma directamente a estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido. Esta es la razón por la cual el dirust de carbono sólido también se conoce como hielo seco.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de los sólidos?

Responder:

1. Los sólidos son incompresibles, lo que significa que las partículas constituyentes se agrupan juntas y que hay muy poco espacio entre ellas.
2. Los sólidos son rígidos ya que no hay suficiente espacio entre las partículas constituyentes, lo que hace que sea duro o fijo.
3. Debido a su masa, volumen y forma fijos, los sólidos tienen una disposición compacta de partículas constituyentes.
4. Las moléculas tienen una distancia intermolecular corta. Como resultado de esto, la fuerza entre las partículas constituyentes (átomos, moléculas o iones) es extraordinariamente fuerte.
5. Solo las partículas que componen los componentes pueden fluctuar alrededor de su ubicación media.

Pregunta 2: ¿Qué es la expansión en física?

Responder:

La física es una rama de las ciencias naturales que estudia la naturaleza y las propiedades de la materia y la energía. Los físicos pueden usar un enfoque teórico o experimental para abordar sus preguntas.

La expansión ocurre cuando el volumen de una sustancia sólida crece sin que aumente la masa. Como resultado, la densidad de la sustancia de la droga se reduce. La expansión ocurre cuando la energía cinética de las partículas sólidas aumenta como resultado del calentamiento.

Pregunta 3: ¿Por qué las bolas de naftalina desaparecen con el tiempo sin dejar ningún sólido?

Responder:

Pregunta 4: ¿Cuál sería el efecto sobre las moléculas de gas si:

a) se aumenta la presión y

(b) la presión disminuye?

Responder:

(a) Si aumenta la presión, producirá menos moléculas de gas.

(b) Si se disminuye la presión, se producirán más moléculas de gas.

Pregunta 5: ¿Por qué se almacena amoníaco en tanques de almacenamiento?

Responder:

El amoníaco en el tanque de almacenamiento logra dos objetivos. Primero, almacena amoníaco a alta presión para evitar la reacción inversa, lo que daría como resultado menos amoníaco y más nitrógeno e hidrógeno. En segundo lugar, transmite un mensaje significativo. La metanfetamina, una sustancia peligrosa de abuso, está hecha de amoníaco. Las cerraduras y otras características de seguridad colocadas dentro de los tanques ayudan a prevenir el robo de amoníaco para su uso en actividades ilegales.