Propiedades y Estados de la Materia PDF

1. Las propiedades de la materia La materia es todo aquello que tiene masa y volumen, es decir, que ocupa un lugar en el espacio. Los cuerpos que nos rodean, el aire que respiramos e incluso nuestro propio cuerpo están formados por materia. La materia está constituida por unas partículas muy pequeña...

1. Las propiedades de la materia La materia es todo aquello que tiene masa y volumen, es decir, que ocupa un lugar en el espacio. Los cuerpos que nos rodean, el aire que respiramos e incluso nuestro propio cuerpo están formados por materia. La materia está constituida por unas partículas muy pequeñas llamadas átomos. Para estudiar la materia se utilizan algunas magnitudes básicas, como el volumen, la masa o la densidad, entre otras. La masa y el volumen son propiedades generales de la materia y su valor depende de la cantidad de sustancia que consideremos. No son propiedades que nos permitan diferenciar unas sustancias de otras. La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Todos los cuerpos tienen masa. La masa se mide en kilogramos (kg). Para medir la masa de un cuerpo utilizamos la balanza. El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. Todos los cuerpos tienen volumen, ya que ocupan un lugar en el espacio. El volumen se mide en metros cúbicos (m3) y la capacidad en litros (L). En 1 m3 caben 1.000 L. Para medir la capacidad en mililitros (mL) utilizamos la probeta. Las propiedades específicas nos permiten distinguir unos tipos de materias de otros. Algunas de estas propiedades son: el color, el brillo, la dureza, la transparencia, la flexibilidad, la densidad, etc. Una de las propiedades específicas más importantes es la densidad. Densidad La densidad de un cuerpo es la cantidad de materia que tiene en relación con su volumen. Densidad (d) = Masa del cuerpo (m)/Volumen del cuerpo (V) La densidad es una propiedad específica, es decir, no depende de la cantidad de materia que tomemos, sino de la materia de la que se trate. Cada sustancia tiene una densidad distinta a otras sustancias. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá. La densidad se mide en kilogramos por metro cúbico: kg/m3. La mesa tiene más masa que la silla porque tiene más materia. El lápiz contiene menos materia que la libreta y, por tanto, tiene menos masa. 2. Los estados de la materia La materia puede presentarse en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Características de los sólidos Los cuerpos que están en estado sólido tienen forma propia y volumen fijo. Son difíciles de comprimir, es decir, no reducen su tamaño al presionarlos, ya que las partículas, que están muy unidas y correctamente ordenadas, no pueden desplazarse. La atracción entre sus partículas es fuerte. Características de los líquidos Los cuerpos líquidos tienen un volumen fijo. Si ponemos un litro de agua en una botella de 1,5 litros, parece que hay mucho lí- quido porque la botella está prácticamente llena, pero si colocamos un litro de agua en una garrafa de 5 litros, parece que hay poco líquido porque ocupa poco espacio. Sin embargo, en los dos casos tenemos la misma cantidad. No tienen forma propia, puesto que se adaptan perfectamente a la forma del reci- piente que los contiene. Las partículas que los forman están en constante desplazamiento unas sobre otras. La atracción entre sus partículas es débil. Características de los gases Los gases no tienen forma propia y se adaptan a la forma del recipiente que los contiene. Las partículas se mueven de forma desordenada y están muy separadas unas de otras. No tienen volumen fijo. Tienden a ocupar el máximo volumen disponible. Se pueden comprimir para reducir su volumen. La atracción entre sus partículas es muy débil. Principales características de los estados de la materia La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Por ejemplo, los me- tales o las sustancias que forman los minerales se encuentran en estado sólido, mientras que el oxígeno o el CO2 (dióxido de carbono) lo hacen en estado gaseoso. Solo algunas sustancias pueden encontrarse de modo natural en los tres estados, como es el caso del agua. SÓLIDOS: (Forma)Tienen forma definida. (Volumen)Tienen volumen fijo. (Partículas) La atracción entre sus partículas es fuerte. LÍQUIDOS: (forma) No tienen forma definida. Se adaptan a su recipiente. (Volumnen Tienen volumen fijo. (Partículas) La atracción entre sus partículas es débil. GASES: (Forma) No tienen forma definida. Se expanden por todo el recipiente y salen de él si no está cerrado. (Volumen)Tienen volumen variable. (Partículas)La atracción entre sus partículas es muy débil. 3. Los cambios de estado de la materia Cuando decimos que el agua está en estado líquido, el oxígeno en estado gaseoso o el mármol en estado sólido nos estamos refiriendo a su estado físico a temperatura ambiente. Sin embargo, cuando aumenta o disminuye la temperatura, una determi- nada materia puede cambiar de estado físico. Los cambios de estado que pueden producirse son: fusión, solidificación, vaporiza- ción, condensación, sublimación y sublimación regresiva. De sólido a líquido: fusión La fusión ocurre cuando un material en estado sólido se transforma en líquido al aumentar la temperatura. Por ejemplo, el hielo se puede convertir en agua si lo de- jamos a temperatura ambiente o lo calentamos. De líquido a sólido: solidificación La solidificación ocurre cuando una sustancia que está en estado líquido se trans- forma en sólido al disminuir la temperatura. Por ejemplo, el agua se puede convertir en hielo en un congelador. De líquido a gas: vaporización La vaporización ocurre cuando una sustancia líquida se calienta y pasa a estado gaseoso. Por ejemplo, cuando se evapora el agua de un charco (evaporación) o cuan- do hierve el agua (ebullición). De gas a líquido: condensación La condensación ocurre cuando se enfría el vapor de agua y pasa a convertirse en líquido. Por ejemplo, cuando utilizamos agua caliente en el baño, el vapor de agua se condensa en el cristal y en los azulejos que se encuentran fríos, en forma de go- titas. De sólido a gas: sublimación La sublimación ocurre cuando una sustancia sólida pasa directamente a gas sin pasar por líquido, por ejemplo, un ambientador sólido, hielo seco, etc. De gas a sólido: sublimación regresiva La sublimación regresiva es el paso de vapor de agua a sólido sin pasar por líquido. Por ejemplo, el paso de vapor de agua a copos de nieve. Gotas de agua que se hacen en cristal el cristal frio del baño cuando nos duchamos se llama condensación Los copos de nieve son consecuencia de la sublimación regresiva causada por el vapor de agua presente en la atmósfera. 4. Clasificación de la materia (I). Sustancias puras Por el tipo de componentes que contiene, la materia se clasifica en sustancias puras y mezclas. Llamamos sustancia pura a cualquier material que está formado por un solo tipo de materia y tiene una composición fija. Una sustancia pura es un material homogéneo que tiene siempre la misma compo- sición y unas características propias que la distinguen claramente de otras. Algunas sustancias puras se pueden descomponer mediante procesos químicos en otras sustancias más simples, por ejemplo, el cloruro de sodio (sal común), el azúcar, etc. Las sustancias puras pueden ser simples o compuestas. En el primer caso forman los elementos químicos y en el segundo caso, los compuestos químicos. Un elemento químico es un tipo de sustancia pura que no se puede descompo- ner en ninguna otra sustancia más simple por métodos químicos o físicos. En los elementos químicos, todos los átomos son del mismo tipo. Los elementos químicos se combinan para formar compuestos. Hay más de 100 elementos químicos diferentes en la naturaleza. Están ordenados en la tabla periódica por su número atómico, como puedes ver en las páginas siguientes. Una sustancia pura como el oro no se puede descomponer en otras sustancias más sencillas. Todas sus partículas son iguales. Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Un compuesto es un tipo de sustancia pura que se puede descomponer por métodos químicos en otras sustancias más simples. Cuando separamos los elementos que forman un compuesto químico se pierden las propiedades que definían la sustancia pura mostrándose las propiedades de cada elemento por separado. Ejemplo: en el agua hay dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; si queremos separarlos hay que utilizar energía para romper los enlaces. La molécula de butano (C4H10) está formada por cuatro átomos de carbono y diez de hidrógeno. 6. Clasificación de los elementos químicos La clasificación más sencilla de los elementos químicos conocidos consiste en cata- logarlos como metales, no metales y gases nobles. Metales Representan casi el 75 % de todos los elementos. Tienen un brillo característico que se denomina brillo metálico. Conducen bien el calor y la electricidad. Por ejemplo, el aluminio se utiliza para fabricar radiadores y el cobre se emplea en los cables eléctricos. Son dúctiles, es decir, se pueden estirar en hilos, y maleables, es decir, forman láminas. Ejemplo de metal dúctil: el estaño o el cobre; ejemplo de maleable: el aluminio o el oro. Excepto el mercurio, que es líquido, son sólidos a temperatura ambiente y funden a alta temperatura. El oro funde a 1.064 ºC. No metales Las propiedades de los no metales son muy variadas. Aunque es difícil generalizar, podemos decir que las sustancias simples correspondientes: Son malas conductoras del calor y de la electricidad. A temperatura ambiente pueden ser sólidas (por ejemplo, el azufre), líquidas (bro- mo) o gases (flúor). La mayoría de los sólidos son blandos. Por ejemplo, el yodo forma unas escamas que se rompen con las manos. La temperatura de fusión para la mayoría de los sólidos es baja, igual que la de ebullición para los líquidos. Gases nobles Son gases a temperatura ambiente. Son incoloros. Son inodoros. No reaccionan con ningún elemento. Sus aplicaciones están relacionadas con su esta- bilidad química. Así, se usan en las bombillas fluorescentes (tubos de neón). Cada elemento químico tiene un nombre. Algunos tienen nombres muy antiguos, pues se conocen desde hace mucho tiempo, como el oro, el hierro o el cobre. Hay elementos con nombres de dioses romanos, como el helio (Helios) o el uranio (Urano); otros reciben el nombre de científicos importantes, como el curio (Curie) o el fermio (Fermi); y otros, el del país de estos científicos, como el francio (Francia) o el polonio (Polonia). 7. Clasificación de la materia (II). Mezclas Una mezcla es la combinación de dos o más sustancias puras diferentes, cada una de las cuales conserva su identidad y propiedades químicas individuales. Una mezcla no tiene propiedades características fijas, depende de su composición, y esta puede variar. En algunas mezclas se pueden separar sus componentes mediante métodos físicos, como veremos más adelante. Hay dos tipos de mezclas: heterogéneas y homogéneas. Mezclas heterogéneas: una mezcla es heterogénea cuando sus componentes se pueden diferenciar a simple vista unos de otros y no tienen aspecto uniforme. Por ejemplo, la mezcla agua-aceite, una ensalada, etc. aceite y agua paella con marisco granito macedonia de frutas Mezclas homogéneas: una mezcla es homogénea cuando todos sus componentes se unen de tal manera que a simple vista es imposible distinguir unos de otros y tienen aspecto uniforme. Por ejemplo, la mezcla agua-sal, el aire, etc. agua con sal aire vinagre batido de fresa Las mezclas homogéneas también se llaman disoluciones. Los componentes de una disolución son: – Disolvente: es la sustancia que se encuentra en mayor cantidad. Generalmente es líquido. – Soluto: es la sustancia que se encuentra en menor cantidad. Puede ser sólido, líquido o gaseoso. Disolvente + Soluto → Disolución Cuando en una disolución hay muy poco soluto, la solución es diluida, y cuando la proporción de soluto es considerable, se dice que es concentrada. 8. Métodos de separación de mezclas Para separar las mezclas se utilizan diferentes métodos depen- diendo de si la mezcla es homogénea o heterogénea. Estos métodos son: la filtración, la decantación, la separación magnética, la evaporación y la destilación. La filtración: sirve para separar sólidos mezclados con líqui- dos. Por ejemplo, una mezcla de arena y agua. Se utilizan permite el paso del líquido y filtros sobre un embudo. El filtro retiene las partículas sólidas. Podemos separar así arena de agua. La decantación: sirve para separar líquidos de diferentes den- sidades en mezclas heterogéneas. Se usan embudos de decan- tación. Podemos separar así una mezcla de agua y aceite. La decantación se basa en la diferente densidad de dos líquidos que no forman una mezcla homogénea. La separación magnética: sirve para separar sólidos magnéti- cos de otros que no lo son. Se utilizan imanes. Por ejemplo, para separar virutas de hierro y arena. La evaporación: sirve para separar los componentes de una mezcla, uno escapa en forma de gas y el otro queda como re- siduo en el recipiente donde se calentó. Al calentar, por ejem- plo, agua y sal, el agua se evapora y queda la sal como residuo. La destilación: sirve para separar líquidos de mezclas homogéneas. Se calienta la mezcla y como los dos líquidos tienen diferente temperatura de ebullición, uno se evaporará y el otro continuará líquido. Se usan destiladores. Por ejemplo, para separar alcohol de agua.