8. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 2.2. Boyle-Mariotte’s law “ In an isothermal process, (when temperature stays constant) the pressure is inversely proportional to the volume”. P.V = Constant If T = Constant Robert Boyle (1627-1691) In a P-V diagram an isothermal process is a hyperbole. Keeping temperature constant, If the volume increases by double the pressure will be reduced to the half. 2.2. Ley de Boyle-Mariotte. En un proceso isotermo, (cuando la temperatura permanece constante) la presión es inversamente proporcional al volumen. Si T = cte P:V = cte Manteniendo la temperatura constante, se el volumen aumenta el doble la presión se reducirá a la mitad En un diagrama P-V un proceso isotermo es una hipérbola. P 1 . V 1 = P 2 . V 2 P (atm) V (l) P 1 P 2 V 1 V 2 Isothermal process

9. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 2.3. Charles’s law “ In an isobaric process, (when pressure stays constant) the volume is directly proportional to the absolute temperature”. Jacques Charles (1746-1823) = Constant If P = Constant Keeping constant pressure, if the absolute temperature increases by double, the volume will increase by double too. 2.3. Ley de Charles. En un proceso isóbaro, (cuando la presión permanece constante) el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluto Si P = cte V/T= cte Manteniendo la presión constante, se la temperatura absoluta aumenta el doble, el volumen aumentará el doble también. En un diagrama V-T un proceso isóbaro es una línea recta. V T V 1 T 1 V 2 T 2 = V (l) T (K) V 1 V 2 T 1 T 2 Isobaric process In a V-T diagram an isobaric process is a straight line.

10. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 2.4. Gay-Lussac’s law “ In an isochoric process, (when volume stays constant) the pressure is directly proportional to the absolute temperature”. Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) = Constant If V = Constant P (atm) T (K) P 1 P 2 T 1 T 2 Isochoric process In a P-T diagram an isochoric process is a straight line. Keeping the volume constant, if the absolute temperature increases by double, the pressure will increase by double too. 2.4. Ley de Gay-lussace. En un proceso isócoro, (cuando el volumen permanece constante) la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Si V = cte P/T = cte Manteniendo el volumen constante, si la temperatura absoluta aumenta el doble la presión aumentará el doble también. En un diagrama P-T un proceso isócoro es una línea recta. P T P 1 T 1 P 2 T 2 =

11. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 3. Substances classification Substances Impure Pure Elements Compounds Solutions Mixtures The substances of material can be classified in: 3. Clasificación de las sustancias Las sustancias materiales se pueden clasificar en

16. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 5. Solutions Solvent Solute Solution Water Salt Salted water A solution is an homogeneous mixture. The most abundant component is called the solvent. In the majority of the cases the solvent will be water. The other components are called solutes. If we mix water and salt we'll obtain salted water. The solvent is water, the solute is salt and the solution is salted water. 5.1 Solvent and solute 5.1 Disolvente y soluto Una disolución es una mezcla homogénea. El componente más abundante se llama disolvente. En la mayoría de los casos el disolvente será el agua. Los otros componentes se llaman solutos. Disolvente Soluto Disolución Agua Sal Agua salada Si mezclamos agua y sal obtenemos agua salada. El disolvente es el agua , el soluto es la sal y la disolución es agua salada. 5 Disoluciones

17. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO We can classify solutions according to the amount of solute Diluted solution . The amount of solute is low. Concentrated solution . The amount of solute is medium or high Saturated solution . The amount of solute is the maximum that can be dissolved . Oversaturated solution . The amount of solute is higher than the maximum that can be dissolved. The rest precipitates on the bottom. 5.2 Types of solutions 5.2 Clases de disoluciones Podemos clasificar las disoluciones acorde a la cantidad de soluto Disolución diluida . La cantidad de soluto es baja. Disolución concentrada . La cantidad de soluto es media o alta. Disolución saturada . La cantidad de soluto es la máxima cantidad que se puede disolver. Disolución sobresaturada . La cantidad de soluto es más alta que el máximo que puede disolverse. El sobrante precipita en el fondo.

18. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 5.3 Kinetic molecular theory kinetic for solutions Everybody knows that a piece of solid salt dissolves into water very easily. But, does anybody know how it really happens? Kinetic molecular theory can explain the process of dissolution of a salt into water. The particles of salt are strongly bonded. But molecules of water attract these particles with very intensive forces. Forces between the particles of salt and water are higher than the forces between particles of salt. So, the particles of salt escape from the crystalline structure and stand among the molecules of water. 5.3 Teoría cinético molecular para disoluciones. Todo el mundo sabe que un trozo de sal sólida se disuelve en agua muy bien. Pero, ¿alguien sabe como sucede verdaderamente?. La teoría cinético molecular puede explicar el proceso de disolución de una sal en agua. Las partículas de sal están fuertemente enlazadas. Pero las moléculas de agua atraen a estas partículas con fuerzas muy intensas. Las fuerzas entre las partículas de sal y agua son mayores que las fuerzas entre partículas de sal. Así pues, las partículas de sal escapan de la estructura cristalina y se sitúan entre las moléculas de agua

19. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 6. Solubility Solubility is the maximum amount of solute which can be dissolved in a certain volume. Solubility is a characteristic property of a substance. In the following table we can see the solubility of some substances in water, at 0º C (cero centigrade degrees): Solubility in grams of solute per 100 g of water Ammonium chloride, NH 4 Cl 29.7 Aluminium oxide, Al 2 O 3 insoluble Calcium carbonate, CaCO 3 0.006 Calcium hydroxide, Ca(OH) 2 0.185 Copper (II) sulphate, CuSO 4 14.3 Cooper (II) carbonate, CuCO 3 insoluble Iron disulfide, FeS 2 0.0005 Lead (II) nitrate, Pb(NO 3 ) 2 37.6 Sodium chloride, NaCl 35.7 6. Solubilidad La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que puede permanecer disuelta en un cierto volumen. La solubilidad es una propiedad característica de una sustancia. En la siguiente tabla podemos ver la solubilidad de algunas sustancias en agua, a 0 ºC (cero grados centígrados): 6.1 Definition of solubility 6.1 Definición de solubilidad Solubilidad en gramos de soluto por 100 g de agua Cloruro de amonio, NH 4 Cl 29.7 Óxido de aluminio, Al 2 O 3 insoluble Carbonato de calcio, CaCO 3 0.006 Hidróxido de calcio, Ca(OH) 2 0.185 Sulfato de cobre (II), CuSO 4 14.3 Carbonato de cobre (II), CuCO 3 insoluble Disulfuro de hierro, FeS 2 0.0005 Nitrato de plomo (II), Pb(NO 3 ) 2 37.6 Cloruro de sodio, NaCl 35.7

20. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO Solubility depends on the temperature. In the case of solids and liquids the solubility increases with the temperature. It means that if we heat the water we’ll be able to solve more amount of salt in it. La solubilidad depende de la temperatura. En el caso de sólidos y líquidos la solubilidad aumenta con la temperatura. Esto significa que si calentamos agua podremos disolver más cantidad de sal en ella. Kinetic molecular theory can explain why solubility of a solid or liquid substance increases when temperature increases. When temperature increases, molecules move more quickly. It makes the distance between molecules of solvent increase too. There’s more free vacuum space which can be occupied by more molecules of solute. At 10 ºC molecules of water are nearer. There is room for few molecules of solute between molecules of water. At 60 ºC molecules of water are further apart. There is room for a lot more molecules of solute between the molecules of water. 6.2 Temperature and solubility for a solid or a liquid 6.2 Temperatura y solubilidad para un sólido o un líquido La teoría cinético molecular puede explicar por qué la solubilidad de una sustancia sólida o líquida aumenta cuando la temperatura aumenta. Cuando la temperatura aumenta, las moléculas se mueven más deprisa. Esto hace que la distancia entre moléculas de disolvente aumente también. Hay mayor espacio vacío que puede ocuparse por más moléculas de soluto. A 10 ºC las moléculas de agua están más próximas. Entre las moléculas de agua caben pocas moléculas de soluto. A 60 ºC las moléculas de agua están más alejadas. Entre las moléculas de agua caben muchas moléculas de soluto.

21. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO In the following graph we can see the dependence between solubility and temperature. En la siguiente gráfica podemos ver la dependencia entre la solubilidad y la temperatura. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 t (ºC) Solubility (g/100 g of water) Sodium nitrate Potassium nitrate Sodium chloride t (ºC) Solubilidad (g/100 g del agua) Nitrato de sodio Nitrato de potasio Cloruro de sodio

22. CHAPTER 2. PHYSICAL CHANGE TEMA 2. CAMBIO FISICO 6.3 Temperature and solubility of a gas Solubility of a gas depends on temperature. Solubility decreases with temperature. How is it possible, if it’s the opposite for solids and liquids? Kinetic molecular theory has the answer again. When temperature increases, molecules of liquid solvent and molecules of gas move faster. It means that it’s easier for a molecule of gas to escape from inside the liquid. La solubilidad de un gas depende de la temperatura. La solubilidad disminuye con la temperatura. ¿Cómo será esto posible si es lo contrario que para sólidos y líquidos? La teoría cinético molecular tiene la respuesta de nuevo. Cuando la temperatura aumenta las moléculas del disolvente líquido y las moléculas del gas se mueven más rápido. Esto significa que para la molécula de gas es más fácil escapar del interior del líquido. 6.3 Temperatura y solubilidad de un gas At 10 ºC molecules of gas move slow enough not to escape. At 60 ºC molecules of gas have enough speed to escape. A 10 ºC las moléculas de un gas se mueven lo suficientemente lentas para no escapar. A 60 ºC las moléculas de un gas tienen velocidad suficiente para escapar.