Estados de la materia

• Toda la materia está formada por partículas en movimiento; el estado físico depende del balance entre energía cinética (tiende a separar las partículas) y fuerzas intermoleculares (tienden a juntarlas).
• La energía cinética media de las partículas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en kelvin): $\bar{E}_c \propto T$.
• En un diagrama de partículas correcto las flechas tienen longitudes distintas — la temperatura mide la energía media, no la de cada partícula.
• Antes de cualquier ecuación con gases, convertir siempre a kelvin: $T(\text{K}) = T(°\text{C}) + 273$.
• Las propiedades macroscópicas (compresibilidad, fluidez, densidad) se explican con el empaquetamiento y el movimiento de las partículas.

• Sólido: partículas muy juntas y ordenadas · solo vibran en posiciones fijas · fuerzas muy fuertes · forma y volumen fijos
• Líquido: juntas pero desordenadas · se deslizan unas sobre otras · fuerzas moderadas · volumen fijo, toma la forma del recipiente
• Gas: muy separadas · movimiento rápido y caótico · fuerzas muy débiles · ocupa todo el volumen y forma del recipiente

• Compresibilidad: el gas es muy compresible porque hay mucho espacio vacío entre partículas; sólidos y líquidos son casi incompresibles (partículas ya en contacto)
• Fluidez: líquidos y gases fluyen (partículas cambian de posición); sólidos no (partículas solo vibran en su lugar)
• Densidad: en general $\rho_\text{sólido} > \rho_\text{líquido} \gg \rho_\text{gas}$ · excepción: el hielo flota en agua porque su red de enlaces de hidrógeno es más abierta y menos densa que la del líquido

$$\bar{E}_c \propto T \quad (T \text{ en K}) \qquad T(\text{K}) = T(°\text{C}) + 273$$

$$\frac{\bar{E}$${c,2}}{\bar{E}{c,1}} = \frac{T_2}{T_1}

• El cero absoluto ($0\ \text{K} = -273\ °\text{C}$) es la temperatura de mínimo movimiento de partículas
• Si $T$ se duplica en kelvin, $\bar{E}_c$ se duplica; esto no es válido si se usa la escala Celsius

Explica por qué el $\text{CO}_2$ es gas a 25 °C pero sólido (hielo seco) a temperaturas muy bajas.

• A $25\ °\text{C}$ ($T = 298\ \text{K}$): la energía cinética media de las moléculas de $\text{CO}_2$ supera las débiles fuerzas de London entre ellas → las partículas se mueven libres y muy separadas → estado gaseoso
• Al enfriar, $\bar{E}_c$ disminuye; cuando cae por debajo del umbral de las fuerzas intermoleculares, las partículas quedan atrapadas en posiciones fijas → estado sólido
• Las fuerzas no cambian; cambia la energía disponible para vencerlas

Un gas se calienta de $300\ \text{K}$ a $600\ \text{K}$ en recipiente rígido:

$$\frac{\bar{E}$${c,2}}{\bar{E}{c,1}} = \frac{600}{300} = 2 \Rightarrow \text{la energía cinética media se duplica}

La presión también se duplica: las partículas chocan con más frecuencia y fuerza contra las paredes.

• Error frecuente 1: usar °C en $\bar{E}_c \propto T$ — la proporcionalidad solo vale en kelvin; a 0 °C las partículas siguen moviéndose.
• Error frecuente 2: dibujar flechas de igual longitud en diagramas de partículas — la distribución de velocidades siempre varía.
• Error frecuente 3: decir que el hielo es más denso que el agua — es al revés; el hielo flota (red de H más abierta).
• Al explicar propiedades: siempre mencionar el movimiento de las partículas y las fuerzas intermoleculares, no solo "están juntas".
• Para justificar por qué un gas real se desvía del ideal: baja temperatura → fuerzas dominan; alta presión → volumen propio no despreciable.