Fundado en 2002 por el ganador del Premio Nobel Carl Wieman, el proyecto de simulaciones interactivas de PhET de la Universidad de Colorado en Boulder crea simulaciones interactivas gratuitas de matemáticas y ciencias. Las simulaciones de PhET se basan en investigación educativa extensiva e involucran a los estudiantes mediante un ambiente intuitivo y similar a un juego, en donde aprenden explorando y descubriendo.

Al iniciar la simulación, hay un contenedor con partículas que representan las moléculas de una sustancia con controles que permiten ajustar la temperatura y la presión.

Se tiene la opción de seleccionar distintos tipos de sustancias, como el neón, oxígeno o agua, para ver cómo cambian sus comportamientos moleculares.

Estado Sólido: Para observar cómo cambia a estado sólido es necesario seleccionar una sustancia como el agua y bajar la temperatura usando la barra deslizante. Las partículas se moverán lentamente y estarán bien ordenadas, lo que representa el estado sólido, en este caso hielo. Las moléculas vibran, pero no se desplazan.

Estado Líquido: Para el caso del estado líquido es necesario aumentar gradualmente la temperatura del sistema. A medida que se calienta, las partículas comienzan a moverse más rápido y se separan un poco, pero siguen cerca unas de otras, lo que representa el estado líquido. Las moléculas están menos organizadas pero aún interactúan entre sí.

Estado Gaseoso:Al aumentar aún más la temperatura las moléculas ahora se mueven de manera rápida y desordenada, separándose mucho entre sí, lo que corresponde al estado gaseoso. Las partículas tienen libertad para moverse por todo el contenedor.

Además de cambiar la temperatura, puedes ajustar la presión en el contenedor. Al aumentar la presión a temperatura constante, podemos observar cómo las partículas se acercan más entre sí, lo que puede forzar la transición de gas a líquido o de líquido a sólido.

Conocer los cambios de estado: Fué necesario familiarizarse con los cambios de estado, como fusión (sólido a líquido), solidificación (líquido a sólido), evaporación (líquido a gas), condensación (gas a líquido), sublimación (sólido a gas) y deposición (gas a sólido).

Analizar las condiciones: Se consideraron las condiciones de temperatura y presión, ya que afectan los cambios de estado.

Aplicar la energía: Se reconoció como se añade o se quita energía en cada proceso (calor necesario para cambiar de estado).

Revisar conceptos clave: Fué necesario recordar conceptos vistos anteriormente en clase como: punto de fusión y punto de ebullición.

Este comportamiento se observa claramente cuando la temperatura disminuye. Por ejemplo el agua en estado sólido muestra moléculas bien alineadas y casi no se mueven.

Por ejemplo el agua en estado líquido muestra moléculas que se mueven más rápido y de manera desordenada.

Por ejemplo las moléculas de vapor de agua se dispersan ampliamente, moviéndose de manera caótica y ocupando todo el espacio disponible.

Describir el comportamiento de las partículas en los diferentes estados de la materia y cómo estos cambian al aplicar calor o presión.

Objetivos Especificos

1. Describir las diferencias y similitudes entre sólidos, líquidos y gases a nivel molecular.

2.  Explicar la presión de gas usando la teoría cinética de las partículas

3. Determinar los procesos que podrías usar para hacer que los sólidos, líquidos y gases cambien de fases.

4. Comparar y contrastar el comportamiento de las 4 sustancias en la simulación y usar su comprensión sobre las moléculas para explicar sus observaciones.

Cambios de estado: La simulación ilustra claramente los cambios de estado de la materia (fusión, evaporación, condensación y solidificación). Se observa que al aumentar la temperatura, las partículas en estado sólido adquieren suficiente energía para superar las fuerzas intermoleculares, pasando al estado líquido, y luego al estado gaseoso si la temperatura sigue incrementando.

Diferencias entre los estados:

• En el estado sólido, las partículas están muy cercanas entre sí, con un movimiento restringido y vibran en su posición.

• En el estado líquido, las partículas tienen más libertad de movimiento y pueden deslizarse unas sobre otras, pero siguen estando relativamente cercanas.

• En el estado gaseoso, las partículas están muy separadas y su movimiento es rápido y desordenado, llenando el espacio disponible.

  
  

Presión en los gases: Al aumentar la temperatura en un gas, la energía cinética de las partículas incrementa, lo que se traduce en una mayor frecuencia y fuerza de las colisiones con las paredes del recipiente, lo cual incrementa la presión del gas, siempre que el volumen sea constante.

Efecto de la fuerza de atracción entre partículas: La simulación también muestra cómo la fuerza de atracción entre partículas influye en los cambios de estado. A mayor atracción, las partículas necesitan más energía (mayor temperatura) para cambiar de estado.

En resumen, la simulación PHET permite visualizar de manera interactiva las propiedades fundamentales de los estados de la materia, la influencia de la temperatura en el movimiento de las partículas y los principios detrás de los cambios de estado.

La materia no se presenta siempre de la misma forma, sino con distintas formas y apariencias, son los diferentes estados de agregación y depende de la temperatura.

Cuando sacamos hielo del congelador y se calienta, su temperatura va aumentando. Al llegar a 0 ºC, el hielo empieza a convertirse en agua y ya, aunque se siga calentando, la temperatura no cambia. Cuando todo el sólido, hielo, haya pasado a líquido, agua, la temperatura volverá a aumentar.

Esa temperatura a la que un sólido pasa a líquido, se llama punto de fusión, y es una propiedad característica. Si ahora calentamos el agua, su temperatura aumentará hasta los 100 ºC. En ese momento empezará a hervir, convirtiéndose en vapor de agua y no volverá a cambiar la temperatura.

Una vez que no quede agua líquida, la temperatura aumentará de nuevo. Esa temperatura a la que un líquido pasa a gas, se llama punto de ebullición, y es una propiedad característica.

Cuando la materia se encuentra en estado sólido tiene una forma definida. No importa como se coloque el cuerpo, su forma no cambiará. Como su forma no cambia, su volumen tampoco cambiará, será también fijo y constante. El estado sólido tiene una forma y un volumen definido.

En estado líquido la forma no es fija, pero sí el volumen. Los líquidos adoptan la forma del recipiente que lo contiene, dejando siempre su superficie plana y horizontal.

Pero aunque se adapten al recipiente, su volumen siempre es el mismo, no cambia al pasar de un recipiente a otro.

El estado sólido tiene un volumen fijo, pero su forma no es constante. Los gases no tienen ni forma ni volumen fijos. Ocupan siempre por completo el recipiente en el que se encuentran y, si no está cerrado, salen de él, se difunden.

Los gases son compresibles, es decir, que pueden comprimirse o dilatarse con facilidad. Si el recipiente que los contiene no es fijo, como una jeringuilla, es fácil disminuir o aumentar el volumen del gas.

Si el volumen del gas disminuye, su presión, la fuerza que ejerce sobre el recipiente, aumenta. Si se aumenta su volumen, su presión disminuye. Para explicar el comportamiento de los gases se ha propuesto la teoría cinético - molecular. Los gases están formados por moléculas muy pequeñas, que se mueven al azar en un gran espacio vacío. Al disminuir el volumen, las moléculas no cambian, simplemente disminuye el hueco que hay entre ellas. Al aumentar el volumen, aumenta la separación entre las moléculas, pero éstas no se modifican. (LA MATERIA, págs. 1,2,3)

El ciclo del agua es un ejemplo claro y práctico de cómo la física de los cambios de estado de la materia, controlados por la temperatura y la presión, influye en procesos naturales clave en nuestro planeta.