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Sustancias puras y sus características

Las sustancias puras, con composición química constante, se presentan en fases sólida, líquida y gaseosa. Los cambios de estado como la fusión y la vaporización dependen de la temperatura y la presión, siendo fundamentales en procesos naturales y tecnológicos. El calor latente es clave en la transición entre fases, variando con las condiciones de presión y temperatura, afectando fenómenos cotidianos y aplicaciones industriales.

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1

Una ______ pura tiene una composición química constante y uniforme en todas sus partes.

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sustancia

2

El ______ y el ______ son ejemplos de elementos químicos que se consideran sustancias puras.

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oxígeno hierro

3

El agua ______ y el dióxido de ______ son compuestos químicos y ejemplos de sustancias puras.

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destilada carbono

4

A pesar de su uniformidad, las mezclas homogéneas como el ______ no son sustancias puras.

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aire

5

Las mezclas ______ como el aceite y el agua no son sustancias puras porque tienen más de una fase.

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heterogéneas

6

En las mezclas heterogéneas, los componentes pueden separarse físicamente por diferencias en ______ y ______.

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solubilidad densidad

7

Fases de sustancias puras

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Sólida, líquida, gaseosa; cada fase es uniforme y con fronteras definidas.

8

Formas estructurales del carbono

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En estado sólido puede ser grafito o diamante, ejemplos de alótropos.

9

Cambios de estado

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Procesos como fusión o vaporización que ocurren a temperaturas y presiones específicas.

10

En la fase ______, las moléculas se organizan en estructuras como redes cristalinas o de forma amorfa.

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sólida

11

Cuando la ______ aumenta, las moléculas ganan energía cinética, lo que puede causar la ______ de la sustancia.

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temperatura fusión

12

Las moléculas en la fase ______ tienen mayor movilidad pero siguen afectadas por ______ intermoleculares significativas.

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líquida fuerzas

13

En la fase ______, las moléculas se mueven con gran libertad y las fuerzas intermoleculares son ______.

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gaseosa despreciables

14

La energía interna es mucho mayor en la fase ______ en comparación con las fases ______ y ______.

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gaseosa sólida líquida

15

Cambios de fase

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Procesos donde una sustancia cambia de estado, ej. líquido a vapor; presión y temperatura constantes durante la transición.

16

Equilibrio de fases

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Coexistencia de dos fases de una sustancia, como líquido y vapor, a una temperatura y presión específicas.

17

Estados de la materia en cambios de fase

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Líquido comprimido, líquido saturado, vapor saturado, vapor sobrecalentado; describen condiciones de la sustancia durante la transición.

18

La temperatura en la que una sustancia cambia de estado se relaciona con la ______ a la que está sometida.

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presión

19

A nivel del mar, el agua hierve a ______ grados Celsius bajo una presión de ______.

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100 1 atm

20

Las ______ de saturación indican la relación entre la presión y la temperatura para diferentes materiales.

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tablas

21

El ______ latente es la energía requerida para que una sustancia cambie de fase y varía según la presión y temperatura.

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calor

Preguntas y respuestas

Aquí tienes una lista de las preguntas más frecuentes sobre este tema

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Definición y Características de una Sustancia Pura

Una sustancia pura se caracteriza por tener una composición química invariable y homogénea en todas sus muestras. Esto incluye elementos químicos como el oxígeno y el hierro, así como compuestos químicos como el agua destilada y el dióxido de carbono. Aunque las mezclas homogéneas como el aire pueden comportarse como sustancias puras en ciertos contextos debido a su uniformidad en composición y propiedades, es importante distinguir que las sustancias puras tienen una sola fase en condiciones específicas de presión y temperatura. Las mezclas heterogéneas, como el aceite y el agua, no son sustancias puras ya que presentan más de una fase y sus componentes pueden ser separados físicamente debido a sus diferencias en solubilidad y densidad.
Laboratorio de química con matraz Erlenmeyer, líquido hirviendo en vaso sobre mechero Bunsen, tubo de ensayo con sólido blanco, balanza analítica y cilindros graduados con líquidos de colores.

Fases de una Sustancia Pura y Cambios de Estado

Las sustancias puras pueden presentarse en distintas fases físicas: sólida, líquida y gaseosa. Además, pueden existir en diferentes formas estructurales dentro de una misma fase, como es el caso del carbono, que puede ser grafito o diamante en estado sólido. Las fases de una sustancia pura son uniformes y están delimitadas por fronteras claras. En la termodinámica, el estudio de los cambios de fase no requiere un enfoque en la estructura molecular, pero comprender los fenómenos moleculares puede proporcionar una visión más profunda de estos procesos. Los cambios de estado, como la fusión o la vaporización, ocurren a temperaturas y presiones específicas y son cruciales para entender el comportamiento de las sustancias en diversas condiciones.

Estructura Molecular y Energía en las Fases de la Materia

En la fase sólida, las moléculas están organizadas en una red cristalina o amorfa, dependiendo de la sustancia, y se mantienen en posiciones relativamente fijas por las fuerzas intermoleculares. Al aumentar la temperatura, la energía cinética de las moléculas se incrementa, lo que puede llevar a la fusión si las fuerzas de atracción se debilitan suficientemente. En la fase líquida, las moléculas tienen más movilidad, pero aún están sujetas a fuerzas intermoleculares apreciables. En la fase gaseosa, las moléculas están ampliamente separadas y se mueven libremente, con fuerzas intermoleculares prácticamente despreciables, lo que resulta en una energía interna mucho mayor en comparación con las fases sólida y líquida.

Procesos de Cambio de Fase en Sustancias Puras

Los cambios de fase son fenómenos naturales y tecnológicos fundamentales, como la ebullición del agua en calderas o la solidificación en sistemas de refrigeración. Estos procesos pueden involucrar la coexistencia de dos fases en equilibrio, como líquido y vapor durante la ebullición. Aunque el agua es un ejemplo común para ilustrar estos principios, todos los materiales puros siguen patrones similares de comportamiento. Durante un cambio de fase, la presión y la temperatura de la sustancia se mantienen constantes mientras la sustancia atraviesa estados como líquido comprimido, líquido saturado, vapor saturado y vapor sobrecalentado, con el calor latente siendo la energía requerida para el cambio de fase.

Relación entre Presión y Temperatura en los Cambios de Fase

La temperatura a la que una sustancia pura cambia de fase, o temperatura de saturación, está intrínsecamente relacionada con la presión a la que se encuentra, conocida como presión de saturación. Por ejemplo, el punto de ebullición del agua es de 100 °C a una presión atmosférica de 1 atm, pero aumenta con presiones más altas. Las tablas de saturación muestran la correspondencia entre presión y temperatura de saturación para diversas sustancias. El calor latente, o la energía necesaria para el cambio de fase, también varía con la presión y la temperatura. En la vida diaria, la presión atmosférica y, por ende, la temperatura de ebullición del agua, cambian con la altitud, lo que afecta a actividades como la cocción de alimentos y los procesos de calentamiento.