1.- LOS ESTADOS DE LA MATERÍA Y SUS PROPIEDADES

1.- LOS ESTADOS DE LA MATERÍA Y SUS
PROPIEDADES
-LA CIENCIA A TRAVÉS DE LA HISTORIA
2.- LOS CAMBIOS DE ESTADO EN LA MATERIA
3.-ÁTOMOS Y MOLÉCULAS. ELEMENTOS Y
COMPUESTOS
4.- SUSTANCIAS Y MEZCLAS
-VOCABULARIO
-LECTURA
-ACTIVIDADES DE LA LECTURA
Mª Carmen Magallón Lahoz
La materia se presenta en tres estados: sólido, líquido y
gaseoso.
„ La materia tiene una propiedades generales que nos
permite reconocerla :
- Está formada por partículas
- Tiene inercia y extensión
- Tiene temperatura.
La materia está formada por partículas muy pequeñas, en
continuo movimiento y unidas entre sí por fuerzas de
interacción eléctricas. La ordenación de estas partículas
en las sustancias y la fuerza con que se atraen son
diferentes para cada uno de los estados en que puede
encontrarse la materia.
„
„
„
Un cuerpo sólido, uno de los tres estados de
agregación de la materia, se caracteriza porque opone
resistencia a cambios de forma y de volumen.
Manteniendo constante la presión a baja temperatura los
cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose
entrelazados formando generalmente estructuras
cristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de
soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por
tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles
(que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes.
Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no
pueden desplazarse.
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Los sólidos presentan propiedades específicas:
Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un
objeto en que podemos observar esta propiedad.
Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).
Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante
es un sólido con dureza elevada.
Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo
hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.
Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es
constante.
Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de
sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la
del liquido en el cual se coloca.
Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a
posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de
reposo.
Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un
material a que se propaguen fisuras o grietas.
Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por
deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin
que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
Ductilidad La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de
ellos
„
„
„
„
„
„
El líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia. Un
líquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de
temperatura y presión constantes y su forma es esférica. Sin embargo,
debido a la gravedad ésta queda definida por su contenedor. Un líquido
ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia todos los lados.
Si un líquido se encuentra en reposo, la presión que ejerce esta dada por:
Donde ρ es la densidad del líquido y z es la distancia del punto debajo de
la superficie.
Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se
expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen cuando
se enfrían. Los objetos inmersos en algún líquido son sujetos a un
fenómeno conocido como flotabilidad.
Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían
con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de
un estrecho margen.
Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado a
gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a sólido.
Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de
entre sí al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de
ebullición. La cohesión entre las moléculas de un líquido no es lo
suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden
evaporar.
„
„
„
„
„
„
„
„
Viscosidad
Los líquidos se caracterizan por una resistencia al flujo llamada viscosidad. La
viscosidad de un líquido crece al aumentar el número de moles y disminuye al
crecer la temperatura. La viscosidad también está relacionada con la complejidad
de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y
alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido (líquidos
o gases). La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un
fluido cuando existe una diferencia de presión.
Ductilidad
La ductilidad es una característica de los líquidos y/o gases que les confiere la
habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por mas pequeño que sea
siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentren
(el líquido y el gas), a diferencia del restante estado de agregación conocido como
sólido.
Presión de vapor y otros parámetros
Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor,
sólo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una
propiedad característica de cada líquido.
También lo son el punto de ebullición, el punto de solidificación y el calor de
vaporización (esencialmente, el calor necesario para transformar en vapor una
determinada cantidad de líquido).
En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de
ebullición; los líquidos en ese estado se denominan supercalentados. También es
posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación y entonces se
denomina líquido superenfriado
`
`
`
`
`
`
`
`
`
Las sustancias en estado
sólido presentan las
siguientes características:
Forma y volumen definidos
Cohesión (atracción)
Vibración
Rigidez
Incompresibilidad (no
pueden comprimirse)
Resistencia a la
fragmentación
Fluidez muy baja o nula
Algunos de ellos se
subliman (yodo)
`
`
`
`
`
`
`
`
`
El estado líquido presenta las
siguientes características:
Cohesión menor (regular)
Movimiento energía cinética.
No poseen forma definida.
Toma la forma de la superficie o el
recipiente que lo contiene.
En el frío se comprime, excepto el
agua.
Posee fluidez a través de pequeños
orificios.
Puede presentar difusión.
No tienen forma fija pero si
volumen. la variabilidad de forma y
el presentar unas propiedades muy
específicas son características de
los líquidos.
Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Los
átomos o moléculas del gas se dispersan
Ejercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor.
Las moléculas que lo componen se mueven con libertad.
Ejercen movimiento ultra dinámico.
Estado gaseoso.
„
Estado sólido
Los sólidos se caracterizan
por tener forma y volumen
constantes. Esto se debe a
que las partículas que los
forman están unidas por
unas fuerzas de atracción
grandes de modo que
ocupan posiciones casi
fijas.
En el estado sólido las
partículas solamente
pueden moverse vibrando
u oscilando alrededor de
posiciones fijas, pero no
pueden moverse
trasladándose libremente a
lo largo del sólido.
Las partículas en el estado
sólido propiamente dicho,
se disponen de forma
ordenada, con una
regularidad espacial
geométrica, que da lugar a
diversas estructuras
cristalinas.
Al aumentar la temperatura
aumenta la vibración de las
tí l
Estado líquido
Los líquidos, al igual que los
sólidos, tienen volumen constante.
En los líquidos las partículas están
unidas por unas fuerzas de
atracción menores que en los
sólidos, por esta razón las
partículas de un líquido pueden
trasladarse con libertad. El número
de partículas por unidad de volumen
es muy alto, por ello son muy
frecuentes las colisiones y fricciones
entre ellas.
Así se explica que los líquidos no
tengan forma fija y adopten la forma
del recipiente que los contiene.
También se explican propiedades
como la fluidez o la viscosidad.
En los líquidos el movimiento es
desordenado, pero existen
asociaciones de varias partículas
que, como si fueran una, se
mueven al unísono. Al aumentar la
temperatura aumenta la movilidad
de las partículas (su energía).
Los gases, igual que los líquidos,
no tienen forma fija pero, a
diferencia de éstos, su volumen
tampoco es fijo. También son
fluidos, como los líquidos.
En los gases, las fuerzas que
mantienen unidas las partículas
son muy pequeñas. En un gas el
número de partículas por unidad
de volumen es también muy
pequeño.
Las partículas se mueven de
forma desordenada, con choques
entre ellas y con las paredes del
recipiente que los contiene. Esto
explica las propiedades de
expansibilidad y compresibilidad
que presentan los gases: sus
partículas se mueven libremente,
de modo que ocupan todo el
espacio disponible. La
compresibilidad tiene un límite, si
se reduce mucho el volumen en
que se encuentra confinado un
gas éste pasará a estado líquido.
Al aumentar la temperatura las
partículas se mueven más deprisa
y chocan con más energía contra
las paredes del recipiente, por lo
que aumenta la presión:
„
„
„
Los “átomos” de Demócrito.-Nació hacia el año 470 a. C. en la ciudad
griega de Abdera.
Leucipo, maestro de Demócrito, había intuido que esa escisión tenía un
límite. Demócrito hizo suya esta idea y anunció finalmente su convicción
de que cualquier sustancia podía dividirse hasta allí y no más. El trozo
más pequeño o partícula de cualquier clase de sustancia era indivisible, y
a esa partícula mínima la llamó átomos, que en griego quiere decir
«indivisible». Según Demócrito, el universo estaba constituido por esas
partículas diminutas e indivisibles. En el universo no había otra cosa que
partículas y espacio vacío entre ellas.
Según él, había distintos tipos de partículas que, al combinarse en
diferentes ordenaciones, formaban las diversas sustancias. Si la sustancia
hierro se aherrumbraba, es decir, se convertía en la sustancia herrumbre,
era porque las distintas clases de partículas que había en el hierro se
reordenaban. Si el mineral se convertía en cobre, otro tanto de lo mismo;
e igual para la madera al arder y convertirse en ceniza.
`
Aristóteles (384-322 a.C) ,
hombre prominente de su
tiempo concedió su favor a la
teoría de Empedocles y la
perfecciono, afirmando que
cada uno de los 4 elementos
posee 2 de las siguientes
características, seco, húmedo,
frío, caliente , entonces la tierra
es fría y seca, el agua fría y
húmeda, el aire húmedo y
caliente , el fuego caliente y
seco, el aire se opone a la tierra
y el fuego al agua, además
ninguno de ellos es inmutable
sino que al adquirir otras
características pueden cambiar.
„
„
„
Aristóteles fue un gran filósofo griego nacido en Estágira,
en el año 384 a.J.C. y muerto en Calcis en el año
322a.J.C.
Aristóteles fue el más grande pensador griego e incansable
escritor cuya autoridad hizo que perdurara durante unos
dos mil años. Era hijo de un médico de la casa real. A los
17 años abandona Macedonia y se dirige hacia Atenas,
donde reside en la Academia durante unos 20 años. En
esa academia, termina siendo el discípulo del gran filósofo
Platón.
Fue un firme defensor de la Teoría de los Cuatro
Elementos (Fig. 1). Esta teoría fue formulada por 4
importantes filósofos. Estos fueron: Tales, Anaxímenes,
Heráclito, y más tarde, Empédocles.
Teoría de los 4 elementos
Este dibujo representa la "Teoría de la existenciade un principio permanente
origen de todo", más conocida como la "Teoría de los 4 elementos".Esta teoría
fue formulada por 4 de los más famosos filósofos de la Antigua Grecia: Tales,
Anaxímenes, Heráclito, y más tarde Empédocles. Cada uno de estos filósofos
elemento el cual ellos pensaban, era el principio de todo. Dichos 4 elementos
aparecen simbolizados en la teoría: Agua, Aire, Fuego y Tierra.
Años más tarde esta teoría es aprobada por otro de los grandes filósofos de la
Cultura Clásica: Aristóteles.
„
Los átomos de Demócrito dan estabilidad
inmutable al mundo, por encima de sus
entrecruzamientos, mezclas y danzas; la
sustancia aristotélica puede cambiar
continuamente, deshacerse y rehacerse,
transformarse, perecer y nacer. Nada hay
estable, aunque haya cambios más
importantes (sustanciales) y cambios menos
trascendentales (accidentales).
„
„
„
„
La materia está formada por partículas entre
ellas está el vacio.
Las partículas que forman una sustancia son
iguales entre sí y diferentes de las de otras
sustancias.
Todas las partículas se atraen entre sí.
Las partículas se encuentran en continuo
movimiento.
„
La temperatura es una medida del
calor o energía térmica de las
partículas en una sustancia. Como lo
que medimos en sus movimiento
medio, la temperatura no depende del
número de partículas en un objeto y
por lo tanto no depende de su tamaño.
Por ejemplo, la temperatura de un
cazo de agua hirviendo es la misma
que la temperatura de una olla de
agua hirviendo, apesar de que la olla
sea mucho más grande y tenga
millones y millones de moléculas de
agua más que el cazo.
„
Cambios de estado
Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a
otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando
hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se
evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si
se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la
temperatura, también la presión influye en el estado en que se
encuentran las sustancias.
Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en
líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es
la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse.
Cada sustancia posee un punto de fusión característico. Por ejemplo, el
punto de fusión del agua pura es 0 °C a la presión atmosférica normal.
Si calentamos un líquido, se transforma en gas. Este proceso recibe el
nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la
masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se
denomina ebullición. También la temperatura de ebullición es
característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El
punto de ebullición del agua es 100 °C a la presión atmosférica normal.
„
„
„
„
„
„
El átomo es la menor fracción en que puede dividirse un elemento
simple sin que pierda sus propiedades químicas y pudiendo ser objeto de
una reacción química. Está formado por un conjunto de nucleones
(protones y neutrones), situados en el núcleo, que concentra la casi
totalidad de la masa atómica y a cuyo alrededor gira, en distintos orbitales,
un número de electrones igual al de protones
Según el modelo atómico actual, el átomo se encuentra dividido en dos
partes:
Núcleo. Parte más interna del átomo en donde se encuentran los protones
(de carga positiva) y los neutrones (que no tienen carga). Ambos tienen
masas similares y aportan prácticamente la totalidad de la masa del átomo.
Corteza. Parte más externa del átomo donde se encuentra los electrones
(de carga negativa). Tienen una masa 2000 veces menor que la de los
protones o los neutrones. Están distribuidos en distintos niveles energéticos
en lo que llamamos orbitales.
El número atómico Z es el número de protones que posee el núcleo de un
átomo. Es lo que distingue a un elemento de otro.
El número másico A es el resultado de la suma de los protones y los
neutrones que tiene un átomo.
„
„
Partícula formada por una agrupación ordenada y definida de
átomos, que constituye la menor porción de un compuesto
químico que puede existir en libertad.
Las moléculas sólo se hallan perfectamente individualizadas en
los gases en estado de movimiento rectilíneo desordenado, en
cuyo caso su interacción se limita a choques muy breves. En los
líquidos, si bien las moléculas se desplazan libremente, existe
un mayor contacto intermolecular. En los sólidos, las moléculas
ocupan por lo general posiciones fijas en los nudos de redes
cristalinas. Los agregados atómicos moleculares pueden ser
polares o no polares. En el primer caso, las moléculas forman
pequeños dipolos y es la atracción que se manifiesta entre éstos
lo que causa la unión intermolecular. En las moléculas no
polares, la unión es debida únicamente a las fuerzas de Van der
Waals, que, por ser más débiles, corresponden a compuestos
de bajo punto de fusión.
Todo lo que hay a nuestro alrededor está formado por grupos de átomos unidos que
forman conjuntos llamados moléculas. Los átomos que se encuentra en una molécula
se mantienen unidos debido a que comparten o intercambian electrones.
Las moléculas están hechas de átomos de uno o más elementos. Algunas moléculas
están hechas de un sólo tipo de átomo. Por ejemplo, dos átomos de oxígeno se unen
para formar una molécula de O2, la parte del aire que necesitamos para respirar y vivir.
Otras moléculas son muy grandes y complejas. Por ejemplo, las moléculas de proteína
contienen cientos de átomos.
Aún las moléculas muy grandes son tan pequeñas que no seríamos capaces de ver a
una molécula de una sustancia. Pero cuando cientos de moléculas se encuentran
juntas, podrían estar en forma de un vaso de agua, el árbol de un bosque, la pantalla
de la computadora; dependiendo del tipo de moléculas que sean.
Aún cuando una pelota de fútbol esté inmóvil, las moléculas en ella se están moviendo
constantemente. Quizás sean muy pequeñas para poder verlas, pero las moléculas
están en constante movimiento, y se moverán más rapidamente a medida que la
temperatura aumenta.