Mundo de partículas — Problemas

Despliega ▶ Solución solo después de resolver.

Bloque A – Identificación

Problema 1

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) Las partículas de un sólido están en reposo absoluto. b) Entre partículas hay espacio vacío. c) Cuando una sustancia cambia de estado, sus partículas cambian. d) En un gas las partículas se atraen con la misma fuerza que en un sólido. e) La fuerza de atracción depende de la sustancia.

▶ Solución

a) F. Vibran continuamente. b) V. c) F. Las partículas son las mismas; cambia su organización. d) F. La atracción es la misma (depende de la sustancia), pero el movimiento la supera en gases. e) V.

Problema 2

Une cada propiedad con el estado correspondiente: forma propia, fluye, incompresible, compresible, ocupa todo el recipiente.

▶ Solución

Propiedad	Sólido	Líquido	Gas
Forma propia	✓	✗	✗
Fluye	✗	✓	✓
Incompresible	✓	✓	✗
Compresible	✗	✗	✓
Ocupa todo el recipiente	✗	✗	✓

Bloque B – Razonamiento microscópico

Problema 3

Explica con el modelo cinético-corpuscular por qué los líquidos no tienen forma propia, pero sí volumen propio.

▶ Solución

En un líquido, la fuerza de atracción consigue mantener las partículas juntas, pero no las suficientemente fuertes como para fijarlas en posiciones rígidas. Por eso:

Mantienen un volumen propio (las partículas no se separan).
No mantienen forma propia (se deslizan unas sobre otras y adoptan la del recipiente).

Problema 4

Justifica por qué los gases son compresibles pero los sólidos y líquidos no.

▶ Solución

Los gases tienen mucho espacio vacío entre partículas: una presión externa puede acercarlas y reducir el volumen. En sólidos y líquidos, las partículas ya están juntas (la atracción mantiene una distancia mínima). No hay espacio donde comprimirlas.

Bloque C – Cambios al calentar/enfriar

Problema 5

¿Por qué las pesas metálicas dilatan al calentarse, pero no aumentan de masa?

▶ Solución

Las mismas partículas vibran más al recibir energía, ocupando un espacio mayor (V crece). Pero no se añaden ni se eliminan partículas, así que la masa se conserva.

Como d = m/V, al aumentar V manteniendo m, disminuye la densidad.

Problema 6

Una bombona rígida con gas se calienta al sol. Explica qué le pasa a la presión y por qué.

▶ Solución

A volumen constante, T ↑ → partículas más rápidas → choques más fuertes y más frecuentes con las paredes → la presión aumenta. Si la presión supera la resistencia del recipiente, este podría reventar.

Problema 7

Si abres un perfume al fondo de una habitación, al cabo de unos minutos lo hueles desde la puerta. Explícalo.

▶ Solución

Las partículas del perfume, al evaporarse, se mueven libremente y a gran velocidad por todo el espacio disponible (los gases ocupan todo el recipiente). Chocan con las del aire, se difunden y acaban llegando a tu nariz. Es la difusión de un gas.

Bloque D – Cambios de estado

Problema 8

Describe a nivel microscópico lo que ocurre al fundir el hielo y luego hervir el agua.

▶ Solución

Hielo (sólido): partículas en red, vibrando.
Al calentar a 0 °C: la vibración crece tanto que la atracción no logra mantener la red → fusión: las partículas siguen unidas pero pueden deslizarse → líquido.
Al calentar más, las partículas se mueven más rápido (aún unidas).
A 100 °C: las partículas tienen tanta velocidad que la atracción ya no las mantiene juntas → vaporización: pasan a gas.

Problema 9

Una manguera de jardín se queda en el sol. Si se cierra el grifo y se calienta el agua, ¿qué pasa? ¿Y si fuera aire en lugar de agua?

▶ Solución

Con agua (líquido): apenas dilata (es incompresible), pero la pequeña dilatación genera mucha presión sobre las paredes (puede reventar la manguera o la unión). Con aire (gas): la presión también aumenta, pero el gas se puede comprimir; si la manguera es flexible, se hincha. Si es rígida, sube la presión, igual que en cualquier bombona.

Bloque E – Densidad

Problema 10

Explica por qué cada sustancia pura tiene una densidad característica, basándote en el modelo cinético-corpuscular.

▶ Solución

Cada sustancia pura está formada por partículas con una masa y una fuerza de atracción características. A una temperatura dada esas fuerzas determinan la distancia media entre partículas. Como d = (masa por partícula × número de partículas) / volumen, dos sustancias diferentes (con distintas masas y separaciones de partículas) tendrán distintas densidades, independientes de la cantidad de muestra.

Problema 11

Razona por qué el aire (gas) es mucho menos denso que el agua (líquido) o el hierro (sólido).

▶ Solución

En el gas las partículas están muy alejadas entre sí (mucho vacío) → en un volumen dado caben pocas partículas → poca masa → baja densidad. En sólidos y líquidos las partículas están juntas, así que en el mismo volumen caben muchísimas más → mayor masa → mayor densidad. El hierro además tiene partículas más pesadas que las del agua, por lo que es aún más denso.

Bloque F – Caso integrado

Problema 12

Un globo lleno de aire a 25 °C se mete en un congelador a −15 °C. Predice y justifica: a) ¿Aumenta o disminuye su volumen? b) ¿Cambia la masa de aire dentro? c) ¿Cómo cambia la densidad del aire del globo?

▶ Solución

a) Disminuye el volumen: las partículas se mueven más despacio, los choques con la pared elástica son más débiles → el globo se encoge hasta equilibrar la presión. b) No cambia: las partículas son las mismas, no se añaden ni se eliminan. c) Como d = m/V y m es constante mientras V baja, la densidad aumenta. El aire frío es más denso que el caliente: por eso baja al suelo.