• Las propiedades de la materia: masa, volumen, densidad y estados de agregación.
La estructura de la materia a partir del modelo cinético de partículas.
Las propiedades de la materia: masa, volumen, densidad y estados de agregación.
Todas las sustancias que nos rodean están constituidas por materia, que tiene masa y ocupa volumen. Una propiedad de la materia es alguna de sus características, atributos o cualidades esenciales.
El tamaño o el peso nos ofrecen el primer indicio de la materia por medio del cual podemos describirla. Estas propiedades dependen de la cantidad de materia, por tanto las llamamos propiedades extensivas.
El color, por ejemplo, es otra propiedad. A partir de ella podemos clasificar la materia como roja, verde, azul o incolora. Sin embargo el color de la materia no depende de la cantidad que tengamos. Aquellas propiedades que no dependen del tamaño de la muestra de materia se conocen comopropiedades intensivas.
La densidad es una propiedad intensiva, se refiere a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia.
Otra propiedad intensiva importante es el estado de agregación. Es la condición o manifestación por las que se encuentran los estados de la materia, por influencia de la presión y la temperatura; es decir, si la materia es sólida, líquida o gaseosa.
Modelo cinético de partículas: indica que todas las partículas tienen energía cinética (la que es mayor en gases y menor en sólidos) y que toda la materia está formada por partículas discretas llamadas moléculas.
Muchas de las propiedades de la materia se pueden interpretar con este modelo, como se muestra a continuación:
Sólido
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Hechos
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Modelo
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-Tiene forma definida y volumen fijo.
-Muchos de ellos se presentan en forma de cristales.
-Su densidad es, en general, mayor que la de los líquidos y la de los gases, por lo que muchos de ellos se hunden en el agua.
-Se deforman sólo bajo la acción de fuerzas extremas. No fluyen, ni se mezclan entre sí.
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Las partículas que lo forman se encuentran muy cercanas y están ordenadas en forma de una red tridimensional. La interacción entre ellas es fuerte y, por tanto, no se pueden mover a gran velocidad hacia otros sitios. Las partículas tienen poca energía cinética.
Las partículas tienen poca energía cinética.
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Líquidos
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Hechos
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Modelo
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-Toman la forma del recipiente que los contiene.
-Tiene volumen fijo.
Su densidad es, en general, mayor que la de los gases y menor que la de los sólidos.
-Se pueden deformar.
-Se pueden mezclar.
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La interacción entre las partículas es menor, por lo que su movilidad es mayor, lo que permite tomar la forma del recipiente que los contiene. Las moléculas de un líquido toman posición al azar y que cambian de un momento al siguiente. Aún así, la distancia entre las moléculas varía sólo dentro de un estrecho margen.
La energía cinética de las partículas es mayor que cuando están en estado sólido.
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Gases
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Hechos
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Modelo
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-Su forma y volumen son variables, ocupan todo el recipiente en el que se encuentra.
-Si el volumen del recipiente se reduce, el volumen de la materia en estado gaseoso también disminuye.
-Tiene baja densidad.
–Se puede deformar.
–Se mezclan fácilmente.
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La distancia entre las partículas es aún mayor que en los líquidos. Se puede decir que las partículas en un gas tienen poca interacción entre ellas, sin embargo colisionan constantemente. Debido a eso se mueven por todas partes. Por esta razón son capaces de llenar todo el recipiente que las contiene.
Las partículas tienen mayor energía cinética que en los otros estados de agregación.
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Propiedades de la materia
Las propiedades de la materia corresponden a las características específicas por las cuales una sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:
a) Propiedades físicas: dependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse como ejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.
b) Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Por ejemplo, la oxidación de un clavo (está constituido de hierro).
Las propiedades físicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:
1. Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden a la masa, el volumen, la longitud.
2. Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que se tenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien litros de agua
Estados físicos de la materia
En condiciones no extremas de temperatura, la materia puede presentarse en tres estados físicos diferentes: estado sólido, estado líquido y estado gaseoso.
Los sólidos poseen forma propia como consecuencia de su rigidez y su resistencia a cualquier deformación. La densidad de los sólidos es en general muy poco superior a la de los líquidos, de manera que no puede pensarse que esa rigidez característica de los sólidos sea debida a una mayor proximidad de sus moléculas; además, incluso existen sólidos como el hielo que son menos densos que el líquido del cual provienen. Además ocupan un determinado volumen y se dilatan al aumentar la temperatura.
Esa rigidez se debe a que las unidades estructurales de los sólidos, los átomos, moléculas y iones, no pueden moverse libremente en forma caótica como las moléculas de los gases o, en menor grado, de los líquidos, sino que se encuentran en posiciones fijas y sólo pueden vibrar en torno a esas posiciones fijas, que se encuentran distribuidas, de acuerdo con un esquema de ordenación, en las tres direcciones del espacio.
La estructura periódica a que da lugar la distribución espacial de los elementos constitutivos del cuerpo se denomina estructura cristalina, y el sólido resultante, limitado por caras planas paralelas, se denomina cristal. Así, pues, cuando hablamos de estado sólido, estamos hablando realmente de estado cristalino.
Los líquidos se caracterizan por tener un volumen propio, adaptarse a la forma de la vasija en que están contenidos, poder fluir, ser muy poco compresibles y poder pasar al estado de vapor a cualquier temperatura. Son muy poco compresibles bajo presión, debido a que, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los gases, en los líquidos la distancia media entre las moléculas es muy pequeña y, así, si se reduce aún más, se originan intensas fuerzas repulsivas entre las moléculas del líquido.
El hecho de que los líquidos ocupen volúmenes propios demuestra que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son elevadas, mucho mayores que en el caso de los gases, pero también mucho menores que en el caso de los sólidos. Las moléculas de los líquidos no pueden difundirse libremente como las de los gases, pero las que poseen mayor energía cinética pueden vencer las fuerzas de cohesión y escapar de la superficie del líquido (evaporación).
Los gases se caracterizan porque llenan completamente el espacio en el que están encerrados. Si el recipiente aumenta de volumen el gas ocupa inmediatamente el nuevo espacio, y esto es posible sólo porque existe una fuerza dirigida desde el seno del gas hacia las paredes del recipiente que lo contiene. Esa fuerza por unidad de superficie es la presión.
Los gases son fácilmente compresibles y capaces de expansionarse indefinidamente.
Los cuerpos pueden cambiar de estado al variar la presión y la temperatura. El agua en la naturaleza cambia de estado al modificarse la temperatura; se presenta en estado sólido, como nieve o hielo, como líquido y en estado gaseoso como vapor de agua (nubes).
Materia viva e inerte
La Tierra alberga a muchos seres vivos, como son las plantas y animales. Una mariposa parece algo muy distinto de una piedra; sin embargo, ambas están compuestas de átomos, aunque éstos se combinan de manera diferente en uno y otro caso. Lamayor parte de la materia es inanimada; es decir, no crece, ni se reproduce, ni se mueve por sí misma. Un buen ejemplo de materia inanimada lo constituyen las rocas que componen la Tierra.
Cambios de la materia
Los cambios que puede experimentar la materia se pueden agrupar en dos campos:
Los cambios físicos son aquellos en los que no hay ninguna alteración o cambio en la composición de la sustancia. Pueden citarse como cambios físicos los cambios de estado (fusión, evaporación, sublimación, etc.), y los cambios de tamaño o forma. Por ejemplo, cuando un trozo de plata se ha transformado en una anillo, en una bandeja de plata, en unos aretes, se han producido cambios físicos porque la plata mantiene sus propiedades en los diferentes objetos.
En general, los cambios físicos son reversibles, es decir, se puede volver a obtener la sustancia en su forma inicial
Los cambios químicos son las transformaciones que experimenta una sustancia cuando su estructura y composición varían, dando lugar a la formación de una o más sustancias nuevas. La sustancia se transforma en otra u otras sustancias diferentes a la original.
La mayoría de los cambios químicos son irreversibles. Ejemplos: al quemar un papel no podemos obtenerlo nuevamente a partir de las cenizas y los gases que se liberan en la combustión; el cobre se oxida en presencia de oxígeno formando otra sustancia llamada óxido de cobre. Sin embargo, hay otros cambios químicos en que la adición de otra sustancia provoca la obtención de la sustancia original y en este caso se trata de un cambio químico reversible; así, pues, para provocar un cambio químico reversible hay que provocar otro cambio químico.
La materia cambia de estado físico según se le aplique calor o se le aplique frío.
Cuando se aplica calor a los cuerpos se habla de Cambios de estado Progresivos de la materia. Cuandolos cuerpos se enfrían se habla de Cambios de estado Regresivos.
Los cambios de estado progresivos son:
• Sublimación Progresiva
• Fusión
• Evaporación
1. Sublimación progresiva: Este cambio se produce cuando un cuerpo pasa del estado sólido al gaseoso directamente. La sublimación progresiva sólo ocurre en algunas sustancias, como, el yodo y la naftalina.
2. Fusión. Es el paso de una sustancia, del estado sólido al líquido por la acción del calor. La temperatura a la que se produce la fusión es característica de cada sustancia. Por ejemplo la temperatura a la que ocurre la fusión del hielo es O° C mientras la del hierro es de 1.525° C. La temperatura constante a la que ocurre la fusión se denomina punto de fusión.
3. Evaporación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al gaseoso. Este cambio de estado ocurre normalmente a la temperatura ambiente, y sin necesidad de aplicar calor. Bajo esas condiciones, sólo las partículas de la superficie del líquido pasarán al estado gaseoso, mientras que aquéllas que están más abajo seguirán en el estado inicial. Sin embargo, si se aplica mayor calor, tanto las partículas de la superficie como las del interior del líquido podrán pasar al estado gaseoso. El cambio de estado así producido se denomina ebullición. La temperatura que cada sustancia necesita para alcanzar la ebullición es característica, y se denomina punto de ebullición. Por ejemplo, al nivel del mar el alcohol tiene un punto de ebullición de 78,5° C y el agua de 100°C.
La temperatura a la que ocurre la fusión o la ebullición de una sustancia es un valor constante, es independiente de la cantidad de sustancia y no varía aún cuando ésta continúe calentándose.
El punto de fusión y el punto de ebullición pueden considerarse como las huellas digitales de una sustancia, puesto que corresponden a valores característicos, propios de cada una y permiten su identificación.
Los cambios de estado regresivos de la materia son:
• Sublimación regresiva
• Solidificación
• Condensación
1. Sublimación regresiva. Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia gaseosa se vuelve sólida, sin pasar por el estado líquido.
2. Solidificación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al sólido. Este proceso ocurre a una temperatura característica para cada sustancia denominada punto de solidificación y que coincide con su punto de fusión.
3. Condensación. Es el cambio de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado gaseoso al estado líquido. La temperatura a que ocurre esta transformación se llama punto de condensación y corresponde al punto de ebullición de dicha sustancia. Este cambio de estado es uno de los más aprovechados por el hombre en la destilación fraccionada del petróleo, mediante la cual se obtienen los derivados como la parafina, bencina y gas de cañería
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