TEMA 2 LOS SISTEMAS MATERIALES

TEMA 2
LOS SISTEMAS MATERIALES
Las propiedades de los sistemas materiales pueden ser:
−Propiedades generales de todos los sistemas como la masa y el volumen
−Propiedades específicas que dependen de la clase de sustancia de la que están hechos como el color, brillo,
dureza, densidad, etc.
• Materia es todo lo que ocupa un espacio y tiene masa
• Sustancia es un tipo concreto de materia
• Sistema material es una porción de material que se considera de forma aislada para su estudio
MASA Y VOLUMEN
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La unidad de masa es el kilogramo. El volumen nos
indica la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo la unidad del volumen es el metro cúbico. Se puede medir
el volumen de líquidos y sólidos mediante una probeta graduada u otros recipientes aforados. La masa y el
volumen son propiedades generales de los sistemas materiales y por tanto no permiten identificar un tipo de
sustancia concreta
LA DENSIDAD DE LOS CUERPOS
La densidad de un material se define como la masa que corresponde a un volumen unidad de dicho cuerpo.
D=m/v
ESTADO DE AGREGACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES
Los sistemas materiales pueden presentarse en tres estados: sólido, líquidos y gas.
• Sólidos: Tienen volumen fijo, forma fija, no se comprimen, no fluyen por si mismos, se llaman
cristales si sus particulas estan ordenadas y si no amorfos
• Liquidos: Tienen volumen fijo, no tienen forma fija, son poco compresibles, difunden o fluyen por si
mismos se denominan fluidos
• Gas: Ocupan todo el volumen del recipiente que los contienen, No tienen forma fija, son fácilmente
compresibles y se difunden y tienden a mezclarse con otros gases
CAMBIOS DE ESTADO
Variando la temperatura o la presión se puede modificar el valor de dichas fuerzas; las sustancias pasan de un
estado de agregación a otro mediante un proceso llamado cambio de estado. Los cambios de estado se pueden
esquematizar mediante:
• Liquido Sólido−Solidificación
• LiquidoGas−Vaporización
• SólidoLíquido−Fusión
• SólidoGas−Sublimación
• GasLíquido−Condensación
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• GasSólido−Sublimación Regresiva
LAS TEMPERATURAS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
La temperatura a la que funde una sustancia, a presión atmosférica se denomina temperatura de fusión y es
igual a su temperatura de solidificación. La temperatura a la que hierve una sustancia, a presión atmosférica,
se denomina temperatura de ebullición y es igual a su temperatura de condensación. Mientras duran los
cambios de estado, la temperatura de las sustancias se mantiene constante absorbiendo o desprendiendo
energía como calor.
−Por ejemplo con el agua para convertir 1 g de hielo a 0ºC en agua, es necesario comunicar energia. Esta
energía se denomina calor latente de fusión del agua
−Para convertir 1 g de agua a 100ºC en vapor, tambien a 100º es necesario comunicar energia. Esta energía se
denomina calor latente de vaporización del agua. Cada sustancia tiene sus propios colores latentes de fusión y
vaporización.
EL MODELO CINÉTICO
El físico alemán Clausius desarrollo un modelo que pretendía explicar la naturaleza de la materia y reproducir
su comportamiento. Se conoce como teoría cinético−molecular, o simplemente teoría cinética y fue
desarrollada inicialmente para los gases. Puede resumirse en que: Todos los gases estan formados por un
número de partículas, tan pequeñas que no se pueden ver ni con el microscopio, Estas partículas estan en
continuo movimiento caótico: chocan entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene el gas y no
pierden energía, el movimiento queda determinado por 2 tipos de fuerzas: unas actrativas o de cohesión, entre
molécula no hay nada solo espacio vacío. El modelo es aplicable a sólidos y a líquidos y sólidos con una
simple adptación a las características de cada estado.
−Sólidos las particulas estan muy juntas aunque hay algunos huecos
−Líquidos Las partículas se mantienen a distancias similares que en los sólidos
−Gases Las particulas se mantienen muy alejadas unas de otras
LA TEMPERATURA, LA PRESIÓN Y LOS CAMBIOS DE ESTADO: INTERPRETACIÓN
CINÉTICA
Teoría cinética y temperatura
Ec=1/2m.v 2
La energía cinética media de las particulas de un gas es proporcional a su temperatura. Cuando aumenta la
temperatura, aumenta la energía media de sus partículas. A igual temperatura, las moléculas de cualquier gas
tienen la misma energía cinética.
Teoría cinética y presión
La presión que ejerce un gas es consecuencia de los choques de sus partículas contra las paredes del recipiente
que lo contiene. Si disminuye el volumen ocupado por un gas teniendo la temperatura constante, las partículas
disponen de menos espacio para moverse y choca con mayor frecuencia sobre las paredes como consecuencia
aumenta la presión en el recipiente. Al contrario, si aumenta el volumen del recipiente manteniendo la
temperatura constante disminuye la presión. Cuando se aumenta la temperatura del gas contenido en un
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recipiente, manteniendo constante el volumen, sus particulas aumentan su energía cinética media y chocan
con mas intensidad con las paredes del recipiente por lo que la presión aumenta.
Los cambios de estado según la teoría cinética
La relación entre la temperatura y energía cinética media en los gases se puede extender también a sólidos y
líquidos
a)Efectos de Temperatura. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la energía de vibración de las partículas
del sólido y la estructura pierde fortaleza y rigidez. Mayor temperaturaMayor energía cinéticamayor
movilidad
b)Efecto de la presión. El aumento de la presión sobre un sistema material favorece el acercamiento entre sus
partículas, independientemente de su estado de agregación.
−Mayor presión mayor facilidad de licuación, solidificación y sublimación regresiva
−Menor presión mayor facilidad de fusión, vaporización y sublimación
OTRAS PROPIEDADES DE SISTEMAS MATERIALES
Propiedades comunes a los 3 estados de agregación
−La conductividad. Es la capacidad de los materiales para transmitir la electricidad y el calor.
−La dilatación. Es el aumento de volumen que experimenta un sistema material al aumentar la temperatura
Propiedades peculiares de los estados de agregación
Sólidos La tenacidad es la resistencia que opone un sólido a ser roto, molido, doblado, etc. Y la dureza es la
resistencia de un sólido a ser rayado
LíquidosLa viscosidad es la dificultad que muestra un liquido para fluir la tensión superficial hace que las
superficies de los líquidos se comporten como láminas elásticas.
Gases La difusión es el proceso por el cual las partículas de cada uno de los gases mezclados en un recipiente
se desplazan hasta ocupar todo el espacio disponible
TEMA 3
MEZCLAS, DISOLUCIONES Y SUSTANCIAS PURAS
SISTEMAS MATERIALES HOMOGÉNEOS Y HETEROGÉNEOS
Un sistema material puede estar constituido por una o por muchas sustancias. Los sistemas materiales se
clasifican en homogéneos y heterogéneos: los sistemas materiales homogéneos son los que tienen igual
composición y propiedades en cualquier porción o muestra de los mismos y los heterogéneos son los que
presentan distinta composición y distintas propiedades en las diferentes partes del sistema. Algunos sistemas
materiales presentan a simple vista un aspecto uniforme en toda su masa. Si se miran al microscopio aparecen
discontinuidades en su materia. Los componentes de un sistema homogéneo no pueden distinguirse ni con el
microscopio y lo heterogéneos si.
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SEPARACIÓN DE COMPONENTES CON DISTINTA DENSIDAD
Las mezclas heterogéneas están formadas por sustancias de distinta composición y propiedades. Esas
diferencias se utilizan en su separación
Separaciones de componentes con distinta densidad
−Sedimentación es la separación, por la acción de la gravedad de los componentes de una mezcla con distinta
densidad una vez producida se decanta uno de los componentes
−Centrifugación Se emplea para conseguir sedimentaciones más rápidas y perfectas. Se realiza haciendo
girar la mezcla hasta las altas revoluciones
−Filtración Permite separar los componentes de una mezcla heterogénea de sólido y líquido haciéndolos
atravesar un filtro.
SISTEMAS MATERIALES HOMOGÉNEOS DISOLUCIONES PURAS Y SUSTANCIAS PURAS
Disoluciones Un sistema material homogéneo constituido por la mezcla de dos o más componentes se
denomina disolución. Al subdividir estos sistemas se obtienen muestras con idéntica proporción y
propiedades. Se llama disolvente al componente mayoritario en la disolución y soluto al componente
minoritario.
Sustancias puras Un sistema material homogéneo constituido por un solo componente se denomina sustancia
pura. Pueden ser sólidos, líquidos o gases.
DISOLUCIONES
La teoría cinético−molécula aplicada a las disoluciones
Cuando se forma una disolución se producen diversos reajustes entre las partículas de los componentes. El
proceso es similar para las disoluciones de gases en líquidos y líquidos en líquidos, solo que en estos tipos de
disoluciones no hay que romper ninguna red sólida. Se consideran disoluciones verdaderas aquellas en las que
el tamaño de las partículas de soluto es <10−9m. Este tamaño es tan pequeño que pueden atravesar los poros
de cualquier filtro.
Disoluciones diluidas, concentradas y saturadas
Cuando la cantidad de soluto disuelto es pequeña, el proceso de disolución es sencillo y rápido. Decimos que
se trata de una disolución diluida. Si seguimos añadiendo soluto vamos concentrando la disolución, y por eso
se llama disolución concentrada a aquella que tiene una alta proporción de soluto disuelto. Si la disolución no
admite más soluto se dice que esta saturada.
SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA DISOLUCIÓN.
a)Separación de sólidos disueltos en líquidos Para separar los componentes se provoca la evaporización, a
temperatura ambiente o forzada, de la disolución. Por ejemplo la disolución de sal común
b)Separación de líquidos disueltos entre sí Para separar componentes que tengan diferentes puntos de
ebullición, se destila la disolución. El vino tinto es fácil de destilar.
c)Separación de una mezcla de gases En el caso del aire se realiza mediante un proceso en dos etapas
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a)Licuación. Se comprime el aire hasta altas presiones y se deja expansionar brusamente, con lo que el aire
licua
b)Destilación. Después se eleva la temperatura de forma gradual. Se evapora primero el nitrógeno y luego el
oxígeno. Se llama destilación fracionada porque permite obtener ambas sustancias por separado
CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN
La concentración de una disolución expresada de forma numérica la proporción de soluto en una determinada
cantidad de disolución. Estas proporciones se expresan de diversas formas.
a)Gramos por litro de disolución Expresa los gramos de soluto contenidos en cada litro de disolución
C=GRAMOS DE SOLUTO/VOLUMEN DE DISOLUCIÓN EN LITROS
b)Tanto por ciento en peso Expresa el número de gramos de soluto contenidos en 100g de disolución
%PESO=MASA DE SOLUTO/MASA DE DISOLUCIÓN.100= MASA DE SOLUTO/MASA DE SOLUTO
+ MASA DISOLVENTE.100
Las distintas formas de expresar la concentración expresan una proporción, pero no informán sobre la
cantidad total de disolución
SOLUBILIDAD
Una disolución está saturada cuando no admite más soluto, a no ser que se añada más disolvente o se
modifique la temperatura. Solubilidad de un soluto es un disolvente es la concentración de su disolución
saturada. La influencia de la temperatura en la solubilidad de una sustancia queda reflejada en las llamadas
curvas de solubilidad.
RECONOCIMIENTO DE SUSTANCIAS PURAS
Propiedades características
La densidad es una propiedad característica de la materia, pero en general su conocimiento no permite
predecir si una sustancia es pura o no.
La temperatura de ebullición si es una propiedad característica de las sustancias puras. Las sustancias puras
mantienen las mismas propiedades caracteristicas en cualquier porción.
SUSTANCIAS PURAS: ELEMENTOS Y COMPUESTOS
La palabra elemento se denomina a las sustancias primarias de las cuales se suponía que se componían todas
las cosas. Una sustancia pura que mediante transformaciones puede ser vertida en otras sustancias más
simples se denomina compuesto, una sustanca pura que no puede descomponerse en otras más simples se
denomina elemento. La unión de dos o más elementos para formar un compuesto es un proceso totalmnente
distinto al de la mezcla y da lugar a nuevas sustancias puras de propiedades enteramente diferentes.
SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UN COMPUESTO
Para separar los componentes de un compuesto se utilizaba básicamente dos técnicas de trabajo.
a)Descomposición térmica Muchos compuestos se descomponen mediante calor. Por ejemplo la malaquita.
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b)Descomposición por electrólisis Se llama electrólisis a la descomposición de una sustancia por la acción
de una corriente eléctrica continua. Una descomposición por electrólisis fácil de realizar es la del agua.
Un compuesto no es una mezcla
Los componentes de una mezcla pueden mezclarse en cualquier proporción y mantienen sus propiedades
características, Los constituyentes de un compuesto entran siempre en la misma proporción y la sustancia final
tiene distintas propiedades. Los compuestos sos sustancias puras que se descomponen en otras más simples,
mediantes técnicas como el calentamiento o el paso por ellos de la corriente electrica.
ELEMENTOS QUÍMICOS
La sustancias que no pueden ya descomponerse en otras más simples se llaman elementos. Se conocen varios
millones de compuestos constituidos por unos 100 elementos. Cada día se sintetizan nuevos compuestos.
TEMA 4
LOS ÁTOMOS SU COMPLEJIDAD
LA EXISTENCIA DE LOS ÁTOMOS
Hay otros muchos fenómenos en la vida cotidiana que inducen a pensar que la materia está compuesta por
partículas: al añadir una gota de tinta o de colorante a un recipiente con agua la mancha se expande hasta
ocupar todo el recipiente, si se añade una pizca de sal o de azúcar a un vaso con agua al poco tiempo el agua
adquiere sabor salado o dulce al destapar un frasco de perfume, el olor se extiende rápidamente por toda la
habitación. Las partículas constituyentes de la materia son lo átomos o agrupaciones de algunos de ellos. Los
átomos no pueden verse a simple vista, sin embargo en la actualidad los potentes microscopio permiten ver los
átomos de muchas sustancias químicas.
COMO SON LOS ÁTOMOS
Modelo atómico de Dalton
La primera teoría atómica de la materia con carácter científico fue puesta por el Britanico John Dalton su
teoria resume varias ideas fundamentales: la materia esta constituida por átomos, los átomos son indivisibles y
no se modifican en las reacciones químicas, todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales, Los
átomos de elementos químicos diferentes son diferentes, los compuestos están formados por la unión de
átomos de distintos elementos. La teoria atómica de Dalton explica adecuadamente los aspectos de relaciones
entre pesos en las reacciones químicas
Naturaleza eléctrica de la materia
Muchos fenómenos muestran la relación entre la constitución de la materia y de la electricidad. Algunos
cuerpos adquieren carga eléctrica cuando son frotados con otros, determinados compuestos químico se
descomponen mediante la electrólisis en sus elementos constituyentes y se producen partículas con carga
électrica cuando se aplica un elevado potencial eléctrico a un gas encerrado en un recipiente a baja presión. El
fisico Joseph John Thomson demostró que las experiencias de descargas en gases producían partículas con
carga eléctrica negativa que eran idénticas para cualquier gas. Thomson denominó a estas partículas
electrones y concluyó que el electrón era un constituyente fundamental del átomo. El descubrimiento del
electrón indicaba que el átomo no es indivisible y que está constituido por partículas subatómicas algunas con
carga eléctrica.
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El experimento de Rutherford
El científico inglés Rutherford lanzó partículas alfa, que tienen carga positiva, como proyectiles sobre una
lámina muy delgada de oro. Observó que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse pero
algunas se desviaban en direcciones diferentes. Para explicar estos hechos propuso que la mayor parte de la
masa del átomo estaba concentrada en una parte muy pequeña del mismo y el resto estaba prácticamente
vacío.
Modelo atómico nuclear
En el modelo atómico nuclear el átomo se compone de un núcleo y corteza.
−El núcleo es muy pequeño en comparación con el volumen del átomo y concentra casi toda la masa del
mismo. Consta de dos tipos de partículas: los protones con carga positiva y los neutrones eléctricamente
neutros. El núcleo tiene carga positiva. La masa del neutrón es ligeramente superior a la del protón.
−En la corteza están los electrones moviéndose en torno al núcleo. La carga del electrón es igual a la del
protón pero de signo contrario.
ÁtomoNúcleo protones( carga positiva), Neutrones( sin carga eléctrica) y la corteza electrones con carga
negativa.
NÚMERO ATÓMICO. ISÓTOPOS. MASA ATÓMICA
Número atómico: Es el número de protones que tiene un átomo. Cada elemento está caracterizado por su
número atómico. Número atómico (z)=número de protones=número de electrones.
Número de masa: El número de masa de un átomo es el número de partículas que hay en su núcleo, la suma
de número de protones (z) y el número de neutrones(n) del átomo. Número de masa(A)= número de
protones(z) + número de neutrones(n)
Isótopos: Se denomina isótopos los atómos que tienen el mismo número atómico, pero distinto número
másico; es decir, tienen el mismo número de protones, pero distinta número de neutrones. Dos átomos isótopo
pertenecen al mismo elemento xq tienen el mismo número atómicos; se distinguen por el número másico.
Masa atómica: de un elemento es la masa de uno de sus átomos medida en unidades de masa atómica (u) Si
un elemento tiene varios isótopos, se toma como valor de su masa atómica el valor promedio de las masas de
los isótopos teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada uno de ellos.
LA CORTEZA ATÓMICA
En la corteza se encuentran los electrones moviéndose alrededor del núcleo atómico. Los electrones se
distribuyen en la corteza en capas o niveles. En cada capa pueden situarse un número máximo de electrones:
−2 electrones en la 1º
−8 electrones en la segunda
−18 electrones en la 3º
−32 en la 4º
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−En la capa o nivel n pueden situarse 2n2 electrones.
Los electrones situados en la última capa se denominan valencias. Por ejemplo el hidrogeno tiene uno el y el
calcio 2
IONES
Son átomos que han perdido o ganado un electrón en su corteza electrónica. Si un átomo neutro pierde
electrones, queda con un exceso de carga positiva y se transforma en un ión positivo o catión; por ejemplo si
el sodio pierde un electrón se transforma en ión positivo Na+ en cambio si el calcio pierde dos electrones se
transforma en Ca2+. Si un átomo neutro gana electrones, adquiere un exceso de carga negativa y se
transforma en un ión negativo o anión. Si el átomo de cloro toma un electrón CL− si el oxigeno gana dos se
convierte en O2−
ORDENACIÓN DE LOS ELEMENTOS
La tabla periódica de Mendeliev
El químico ruso Mendeleiev y Meyer propusieron ordenar los elementos según valores crecientes de su masa
atómica. Si se disponían los elementos ordenados en una tabla de filas y columna los elementos de cada
columna tenían propiedades semejantes.
El sistema periódico
El científico inglés Moseley propuso ordenar los elementos químicos según valores crecientes de su número
atómico es decir su número de protones. El sistema peródico de los elementos consta de periodos y de
columnas denominadas grupos. Actualmente.
Sistema periódico y configuración electrónica.
Los elementos de un mismo grupo tienen los mismos electrones de valencia. Las propiedades químicas de un
elemento están relacionadas con el número de electrones de valencia; por ello los elementos de un mismo
grupo del sistema periódico tienen propiedades químicas similares.
FiNis!!!
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