Bloque 1: Leyes de los Gases y Teoría Cinético-Molecular
1. La Teoría Cinético-Molecular (TCM)
Explica el comportamiento y los estados de la materia a nivel microscópico:
- Gases frente a Sólidos: Las partículas de los gases están muy separadas y se mueven libremente a gran velocidad, razón por la cual los gases se pueden comprimir con facilidad. En cambio, en los sólidos las partículas están fuertemente unidas en posiciones fijas, haciendo que sean incompresibles.
- Fluidos (Líquidos): Las partículas en estado líquido tienen cierta libertad para desplazarse, por lo que se adaptan a la forma del recipiente. Sin embargo, al estar ya muy próximas entre sí, mantienen un volumen fijo.
- Justificación de la Presión: Al aumentar la temperatura de un gas, sus partículas adquieren mayor velocidad (energía cinética). Esto incrementa la frecuencia y la violencia de los choques contra las paredes de un recipiente rígido, traduciéndose en un aumento de la presión.
REGLA DE ORO DEL PROFESOR: Para trabajar con cualquier ley de los gases, la temperatura debe estar expresada siempre en Kelvin (K). Si los datos del enunciado están en grados Celsius, realiza la conversión inmediatamente:
T(K) = t(°C) + 273
2. Fórmulas de las Leyes de los Gases
A. Ley de Boyle-Mariotte (Temperatura Constante)
Se aplica cuando el proceso ocurre sin variaciones de temperatura (T = constante).
P₀ · V₀ = Pf · Vf
- P₀, Pf: Presión inicial y final (unidades: atm, mmHg o kPa).
- V₀, Vf: Volumen inicial y final (unidades: L o m³).
- Explicación: Al comprimir un gas (reducir su volumen), las partículas chocan más veces contra el mismo espacio, por lo que la presión aumenta de forma inversamente proporcional.
B. Ley de Charles (Presión Constante)
Se aplica en recipientes que pueden alterar su tamaño libremente (como un globo o un émbolo móvil).
V₀ / T₀ = Vf / Tf
- T₀, Tf: Temperatura inicial y final (¡Siempre en Kelvin!).
- Explicación: Al calentar un gas, las partículas se mueven más rápido y empujan el recipiente hacia fuera, expandiendo el volumen de forma directamente proporcional.
C. Ley de Gay-Lussac (Volumen Constante)
Se aplica en recipientes rígidos y cerrados que no pueden cambiar de tamaño (ollas a presión, bombonas metálicas).
P₀ / T₀ = Pf / Tf
- Explicación: En un recipiente rígido, al elevar la temperatura las partículas chocan con más energía contra las paredes fijas, aumentando la presión de manera directamente proporcional.
Bloque 2: Estequiometría y Reacciones Químicas
1. Conceptos Básicos Preliminares
- Elemento: Sustancia pura constituida por un único tipo de átomos (ej. Fe, Cu, N₂).
- Compuesto: Sustancia pura formada por la combinación de átomos de dos o más elementos diferentes en proporciones fijas (ej. CO₂, H₂O).
- Subíndice: Número pequeño a la derecha de un símbolo químico que indica cuántos átomos de ese elemento específico hay en una molécula.
- Ecuación química ajustada: Expresión que cuenta con el mismo número de átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos, garantizando el cumplimiento de la Ley de Conservación de la Masa (Lavoisier).
2. Magnitudes y Fórmulas Químicas
A. Masa Molecular (M)
Es la suma de las masas atómicas de todos los átomos que componen la fórmula química. Se mide en unidades de masa atómica (u).
Ejemplo práctico: Para calcular la masa del agua (H₂O) conociendo las masas atómicas del H = 1 u y O = 16 u:
M = (2 · 1) + 16 = 18 u
B. Cantidad de Sustancia y el Mol
El mol es la unidad que permite enlazar la escala microscópica con la macroscópica.
n = m / M
- n: Cantidad de sustancia (mol).
- m: Masa real (g).
- M: Masa molar (g/mol).
C. Número de Partículas (Constante de Avogadro)
N = n · N_A (donde N_A = 6,022 · 10²³ partículas/mol).
D. Densidad (d)
d = m / V
3. Pauta Exigida para Problemas de Estequiometría («El Caminito»)
- Planteamiento: Escribe la ecuación química y ajústala.
- Paso a moles: Convierte gramos a moles:
n = m / M. - Relación estequiométrica: Usa los coeficientes para obtener los moles de la incógnita.
- Paso a gramos: Transforma moles a masa:
m = n · M.
Bloque 3: Cinemática (El Estudio del Movimiento)
1. Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
Trayectoria recta y velocidad constante (aceleración nula).
S = S₀ + v · t
- Velocidad Media (v_m):
v_m = Δs / Δt
2. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)
La velocidad cambia de manera uniforme debido a una aceleración constante.
- Ecuación de la Velocidad:
v = v₀ + a · t - Ecuación de la Posición:
S = S₀ + v₀ · t + 0.5 · a · t²
3. Caída Libre
Caso particular de MRUA con g = 9,8 m/s².
v = -g · t
S = h - 0.5 · g · t²
Bloque 4: Dinámica (Fuerzas) y Máquinas Simples
1. Las Fuerzas y sus Efectos
- Ley de Hooke:
F = k · Δx - Fuerza Peso (P):
P = m · g - Fuerza de Rozamiento (F_R): Fuerza de contacto que se opone al movimiento.
2. Máquinas Simples
Ley de la Palanca: F · b_F = R · b_R
Bloque 5: Energía y su Conservación
1. Fórmulas de la Energía Mecánica
- Energía Cinética (E_c):
E_c = 0.5 · m · v² - Energía Potencial Gravitatoria (E_p):
E_p = m · g · h - Energía Mecánica Total (E_m):
E_m = E_c + E_p
2. Ley de Conservación de la Energía Mecánica
En sistemas ideales sin rozamiento, la energía mecánica total permanece constante (E_{m,A} = E_{m,B}).