La construcción de un modelo para explicar la materia

2.2 La construcción de un modelo para explicar la materia

Tanto Galileo como Newton, al estudiar el comportamiento de los gases, llegaron a la misma conclusión: la materia está formada por pequeñas partículas. Sólo así se podía explicar que un gas encerrado redujera su volumen al aplicarle presión; pero este fenómeno no se podría presentar si la materia fuera continua, o sea, si no existieran espacios en su interior.

De hecho, lo has experimentado cuando inflas un globo, ya que éste mantiene su forma mientras tenga suficiente aire; pero en el momento en que se desinfla, las paredes dejan de estar tensas y pierden su forma.

Según Newton, la presión que ejercen los gases se debe a que las partículas que los forman están quietas y se rechazan, con una fuerza casi igual a la distancia que las separa (recuerda la ley de la gravitación universal). Sin embargo, las pruebas experimentales mostraron una idea opuesta: las partículas de los gases se movían.

En 1856 el físico alemán Rudolf Clausius (1822-1888) explicó que los gases están formados por partículas y éstas se encuentran en movimiento continuo y al azar, es decir, sin patrón alguno. De modo que la presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente, se debe a los choques de sus partículas con las paredes de éste. Tú puedes sentir ese choque de partículas del aire (que es un gas), cuando corres o viajas en bicicleta, motocicleta o al abrir la ventanilla del automóvil o del autobús. ¿Nunca te has preguntado qué sostiene a un papalote en el aire y por qué debe estar unido a un cordel?

Pero aún faltaba resolver una nueva pregunta que surgió del descubrimiento de Clausius: si las partículas tienen movimiento, ¿a qué velocidad se mueven?

Dos científicos: James Clark Maxwell, matemático y físico escocés (1831-1879), y Ludwig Boltzmann, físico austriaco (1844-1906), demostraron que es posible describir propiedades de un gas haciendo uso de la velocidad promedio de sus partículas.

Las partículas que forman la materia tienen enlaces o uniones entre sí. En el caso de los gases, éstos son tan débiles que permiten que las partículas se muevan al azar en todas direcciones. Esto ha servido para explicar muchas de las características de los gases, entre otras, el porqué se expandan en todas direcciones.

¿Sabías...

… que antes la materia se consideraba continua?

Una gran discusión entre los científicos, que duró siglos, fue si la materia tenía o no espacios en su interior. Si era continua o estaba formada por la unión de partículas. Tus observaciones a simple vista o con ayuda de microscopios no te permiten ver los espacios que existen en la materia. Las evidencias experimentales han mostrado que la materia no es continua, que está formada por partículas.

3.11. El globo aerostático mantiene su forma debido a la presión interna ejercida por el aire que contiene.

3.12. Quizá has observado que cuanto más aire le introduces a una llanta de bicicleta o un balón, mayor es su dureza. Esto se debe a que hay más partículas de gas y, por lo tanto, una mayor cantidad de ellas choca con las paredes. Por eso los globos se revientan cuando los inflas demasiado.

3.13. El rehilete gira porque al pasar el viento entre sus aspas, ejerce presión sobre ellas.

3.14. El líquido no se expande en todo el recipiente como un gas, pero sí toma su forma, ya que sus enlaces son un poco más fuertes.

3.15. El émbolo en la jeringa con agua no se puede desplazar.

En el modelo cinético de partículas de la materia se afirma que ella está formada por partículas que se mueven y enlaces que las unen. Éste es el modelo actual para describir la materia en todos sus estados.

Las moléculas de un gas se encuentran muy separadas, su movimiento ocurre al azar porque sus enlaces son débiles, las moléculas de un líquido están a distancias medianas y su movimiento tiene cierto patrón, ya que sus enlaces son un poco más fuertes.

En el Ateneo

1. ¿Comprimible?

Para esta actividad necesitas trabajar con tu equipo y una jeringa sin aguja.

Procedimiento

■ Llena la jeringa de aire hasta que el émbolo llegue a una marca que puedas reportar. ■ Con un dedo tapa la salida de la jeringa, para impedir que escape el aire. ■ Empuja el émbolo con fuerza hasta comprimir el gas lo más posible. Observa cuánto avanzó el émbolo y registra el dato. ■ Pueden intentarlo todos para ver quién logra comprimir más el aire. ■ Ahora llena la jeringa con agua y realiza exactamente el mismo procedimiento. Contesta las siguientes preguntas: • ¿Pudiste hacer avanzar el émbolo? • ¿Crees que esto pasa con todos los líquidos? • ¿Los líquidos se pueden comprimir? • Lee el “¿Sabías…” de la página 121 y pregunta o investiga acerca de las medidas de seguridad del gas comercial de uso doméstico.

¿Sabías...

…qué son los gases comprimidos?

La capacidad de los gases de comprimirse ha sido utilizada en diversas aplicaciones en la industria y la medicina. El gas de uso doméstico se almacena en un cilindro en forma líquida. El aire comprimido también se emplea, por ejemplo, en la limpieza de las computadoras, o los motores de los autotransportes. Para la atención de algunos enfermos existen tanques con oxígeno, que permiten a los pacientes recibir mayores cantidades de este gas y mejorar su captación durante la respiración.

Para usar gases comprimidos se deben seguir normas de seguridad ya que, debido a su posibilidad de expandirse, pueden contaminar grandes espacios o incluso causar explosiones. Es importante verificar que en tu casa se revise periódicamente la instalación de gas y usar cualquier gas comprimido con estricto apego de sus especificaciones de seguridad.

Los líquidos y los gases son fluidos, esto quiere decir que ambos son capaces de circular por conductos y pequeños agujeros. Pero los líquidos, aunque cambian su forma, no cambian su volumen.

Las partículas de los sólidos están situadas de forma ordenada en posiciones fijas y aunque vibran en sus posiciones a escalas microscópicas, no se desplazan, porque son muy fuertes las uniones entre sí. Por ello, los sólidos no cambian de forma. ¿Alguna vez se te ha caído un objeto frágil y costoso y se ha roto?, esto se debe a que los enlaces en un sólido son poco flexibles y cuando una fuerza es mayor que ellos, se separan.

El modelo cinético de las partículas permite explicar las características de sólidos, líquidos y gases. Con él se describen también los tres estados del agua: en el hielo los enlaces son rígidos, en el líquido más sueltos, y en el vapor muy débiles; sin embargo, las partículas que forman el agua en sus tres estados (sólido, líquido y vapor) son las mismas.

¡Conéctate!

Haz una presentación en PowerPoint

Consulta a tu maestro o maestra para que te ayude a preparar una presentación en PowerPoint sobre la forma en que evolucionaron las ideas que explicaban cómo está conformada la materia. Pero recuerda que primero debes elaborar una síntesis sobre el tema en tu cuaderno, extraer los principales aspectos y luego elaborar las imágenes en las láminas del programa. Puedes enriquecerlo con dibujos o fotografías.

Más que el nombre de los científicos, es importante que destaques la aportación de cada uno de ellos al entendimiento de la estructura de la materia. Si no cuentas con una computadora, escríbelo a mano. Sigue los criterios de la página 43.

¿Qué aprendí en esta lección?

El modelo cinético de partículas de la materia nos ayuda a entender las propiedades de los gases, líquidos y sólidos, que están formados por partículas con enlaces débiles o fuertes.

3.16. Cuando un sólido se rompe, cada parte sigue manteniendo sus características. Por eso, en algunos casos puedes pegarlas.