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LA MATERIA
La materia son todos los sólidos, líquidos , gases que nos rodean (los árboles,
los perros, el agua, una mesa de madera, aire, las personas, una silla de hierro,
el refresco de una botella, las estrellas...). En todos los ejemplos vistos tenemos
una determinada masa (ten en cuenta que los gases también tienen masa) que
ocupa un determinado volumen.
Materia es aquello que tiene una masa y ocupa un volumen.
El hierro, el agua, el plástico, el oxígeno..., son diferentes tipos de materia. A
los diferentes tipos de materia se les llama sustancias.
• Propiedades
La materia tiene una serie de propiedades, que se pueden clasificar en dos
grandes grupos:
a) Propiedades generales. Son aquellas que no sirven para identificar los
distintos tipos de materia, es decir, que no sirven para identificar las sustancias.
Son ejemplos de propiedades generales: la masa, la longitud, la superficie y el
volumen, ya que no permiten saber de qué sustancia se trata.
b) Propiedades características. Estas propiedades sí nos pueden servir para
distinguir entre varios tipos de materia, es decir, para identificar una sustancia.
Son ejemplos de estas propiedades: la densidad y el color.
Si nos preguntan qué pesa más, si un kilogramo (kg) de madera o un kilogramo
de plomo, todos responderemos que su masa será la misma, pero ocuparán
diferente volumen, y por tanto, tendrán distinta densidad.
Densidad es la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que
ocupa. Sus unidades en el Sistema Internacional (SI) serán kg/m3
d = m/V
Imaginemos que tenemos tres cubos macizos de un metro (m) de lado cada
uno y que, por tanto, tienen un volumen de un metro cúbico (m3). Uno de
estos cubos es de madera, otro de hierro y el otro de plomo. Si cogemos una
balanza y medimos su masa, observamos que las masas de los cubos son
diferentes aunque tienen el mismo volumen, por lo que sus densidades son
diferentes. En la tabla hemos calculado la densidad de la madera, del hierro y
del plomo, dividiendo en cada caso la masa entre el volumen.
La densidad es una propiedad característica de cada tipo de material, es decir,
que nos permite identificarlos, ya que no existen dos materiales que tengan
exactamente la misma densidad.
En la siguiente tabla aparecen valores de la densidad en condiciones
ambientales (25°C y 1 atmósfera de presión) de algunos sólidos, líquidos y
gases.
Sólido
d (kg/m3)
Líquido
d (kg/m3)
Gas
Hidrógeno
d (kg/m3)
0,08
Madera
500
Aceite
800
Helio
0,2
Aluminio 2 700
Alcohol
900
Aire
1,3
Hierro
7900
Agua
1000
Oxígeno
1,4
Plomo
11300
Mercurio
13 600
Butano
2,6
La densidad es una magnitud directamente relacionada con la flotabilidad. Si
conocemos las densidades de dos sustancias podremos saber si una flota o se
hunde en la otra. Si tenemos un sólido con menor densidad que el líquido,
dicho sólido flotará en ese líquido, mientras que si el sólido tiene mayor
densidad que el líquido, el sólido se hundirá (suponemos que el sólido no se
disuelve en el líquido). El típico ejemplo lo representa el cubito de hielo flotando
en un vaso con agua.
ACTIVIDADES
Enumera varias propiedades del hierro que te permitan identificarlo y
diferenciarlo de otras sustancias. Las propiedades que has indicado, ¿son
generales o características?
Imagínate que tienes dos cajas idénticas, una caja roja y otra azul, y sabemos
que en una de ellas hay un pequeño clavo de hierro y en la otra una pieza de
corcho blanco. Como están cerradas, no sabemos a cuál está el hierro y en cuál
el corcho blanco.
De la siguiente información, ¿cuál crees que te podría servir para saber dónde
está el hierro y dónde el corcho?
a) La masa del contenido de la caja azul es 15 g y la de la caja roja es 20 g. La
masa, ¿es una propiedad general o característica? ¿Por qué?
b) El Contenido de la caja azul es de color gris metálico y el de la caja roja
tiene color blanco.
El color, ¿es una propiedad general o característica? ¿Por qué?
c) El contenido de la caja azul no flota en agua y el de la caja roja sí flota en
agua. La flotabilidad, ¿es una propiedad general o característica? ¿Por qué?
d) El contenido de la caja azul no arde, pero el de la caja roja arde. La
combustibilidad, ¿es una propiedad general o característica? ¿Por qué?
e) Separa en dos grupos las propiedades que hemos tratado en esta actividad:
en un grupo las propiedades características y en otro las generales.
De las siguientes propiedades de la materia: masa, sabor, olor, forma,
densidad, color y volumen, ¿cuáles son características y cuáles son generales?
¿Qué tiene mayor masa, un cubo de hierro de 1 m de lado o un cubo de
madera de 1 m de lado? ¿Cuál es el volumen de cada uno de ellos? ¿Cuál tiene
mayor densidad?
Supongamos que hemos medido la masa y el volumen de diferentes muestras.
Halla la densidad en cada caso y comenta los resultados.
ESTADOS DE LA MATERIA
Si ponemos hielo (agua sólida)
en una cazuela y lo calentamos
en la cocina, se transformará en
agua líquida, y si seguimos
calentando durante más tiempo
se transformará en agua en
estado gaseoso. Por tanto, el
agua se puede presentar en los
tres estados posibles de la
materia dependiendo de la
temperatura a la que se
encuentre. Al igual que el agua,
todas las sustancias se pueden
presentar en tres estados,
sólido, líquido y gaseoso.
Las propiedades que caracterizan
estos tres estados son:
• Cambios de estado
Hemos visto que la materia
puede cambiar de estado si
vamos variando suficientemente
la temperatura. Los posibles
estados de la materia son tres:
sólido, líquido y gaseoso. Los
pasos de un estado a otro se
denominan cambios de estado.
• El paso de sólido a líquido: fusión
Si elevamos suficientemente la temperatura de una sustancia que se encuentra
en estado sólido, llega un momento en el que pasa al estado líquido. La
temperatura a la que se produce este cambio de estado se conoce como
temperatura de fusión.
• El paso de líquido a gas: vaporización
Si seguimos aumentando la temperatura de la sustancia, que ya se encontraba
en estado líquido, llegará un momento en que empezará a hervir y pasará al
estado, gaseoso. Esa temperatura a la que hierve y pasa del estado líquido al
gaseoso se llama temperatura de ebullición.
Si en verano pones un vaso de agua al sol, al día siguiente comprobarás que
hay menos agua en el vaso. Esto no es debido a que el agua haya estado
hirviendo, pues no se ha alcanzado la temperatura de ebullición (I00°C en el
caso del agua). Lo que en realidad se ha producido es la evaporación del
agua, proceso que tiene lugar más fácilmente cuanto mayor sea la
temperatura.
La evaporación es el paso del estado líquido al estado gaseoso pero sin
necesidad de alcanzar la temperatura de ebullición, mientras que para que
comience la ebullición debemos alcanzar la citada temperatura. El término
vaporización incluye tanto a la ebullición como a la evaporación.
• El paso de gas a líquido: condensación
Si inicialmente tenemos una sustancia en estado gaseoso y vamos enfriando
(bajando la temperatura), llega un momento en el que se alcanza una
temperatura en la que la sustancia pasa del estado gaseoso al líquido. En este
caso hablamos de temperatura de condensación, que es la misma que la
temperatura de ebullición de esa sustancia. Por ejemplo, la temperatura de
ebullición y de condensación del agua es de I00°C.
• El paso de líquido a sólido: solidificación o congelación.
Si seguimos enfriando, del estado líquido pasará al estado sólido; la
temperatura en que sucede este cambio recibe el nombre de temperatura de
congelación o solidificación, y es idéntica a la temperatura de fusión de la
sustancia en estudio. Por ejemplo, la temperatura de fusión y de congelación
del agua es de 0 °C.
Las temperaturas a las que ocurren los cambios de estado son propiedades
características de cada sustancia, al igual que la densidad.
Cada sustancia tiene unos valores diferentes de temperatura de fusión y de
ebullición, por lo que estas temperaturas nos permiten diferenciar unas
sustancias de otras.
• Paso de gas a sólido directamente y viceversa: sublimación
Existen algunas sustancias, como la naftalina (que conocerás porque se suele
utilizar para proteger la ropa de los armarios de las polillas), que pasan
directamente del estado sólido al gaseoso (sublimación) y viceversa
(sublimación inversa) sin pasar por el estado líquido.
ACTIVIDADES
En la tabla siguiente hay datos sobre las temperaturas de fusión y de ebullición
de algunas sustancias. Vas a utilizarlos para saber cuál es el estado de la
materia (sólido, líquido o gaseoso) que presentan dichas sustancias a
temperatura ambiental (suponemos unos 25 °C).
Agua Azufre
Oxígeno Alcohol
etílico
Butano Acetona
Hidrógeno
Mercurio Hierro
fusión
0
113
-218
-114,4
-138
-94
-259
-39
1535
ebullición
100
444
-183
78,4
-0,5
56
-252
357
2 600
Estado de
la materia
SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS
En algunas ocasiones podemos tener un cuerpo formado por un único tipo de
materia, en cuyo caso diremos que se trata de una sustancia pura (por
ejemplo, oro, cobre...). Sin embargo, lo corriente en la naturaleza es que se
presenten varias sustancias juntas que no reaccionen entre sí, en cuyo caso
decimos que se trata de una mezcla (por ejemplo, agua salada, arena...).
La mayor parte de la materia que encontramos a nuestro alrededor es una
mezcla de sustancias y muy pocas veces encontramos sustancias puras.
Las sustancias puras están formadas por un único tipo de materia, mientras
que las mezclas están formadas por varias sustancias que no reaccionan entre
sí.
* Mezclas homogéneas y heterogéneas
Existen diferencias muy importantes entre las diversas mezclas de la tabla
anterior. En la mezcla de arena y limaduras de hierro, se puede distinguir a
simple vista (o con una lupa o con un microscopio óptico) sus componentes. En
este caso decimos que se trata de una mezcla heterogénea, ya que no
presenta un aspecto uniforme a simple vista (o con una lupa o con un
microscopio óptico).
Mezcla heterogénea es la que no presenta un aspecto uniforme, por lo que se
pueden distinguir fácilmente sus componentes.
Hay otro tipo de mezclas que tienen aspecto uniforme a simple vista (o con una
lupa o con un microscopio óptico) y por tanto no se distinguen sus
componentes, como el caso de un litro de agua en el que disolvemos una
cucharada de azúcar de mesa (el nombre científico del azúcar de mesa es
sacarosa). Las mezclas que presentan un aspecto uniforme a simple vista,
reciben el nombre de mezclas homogéneas. No obstante, no solemos decir
que tenemos una mezcla homogénea de azúcar en agua, sino que decimos que
tenemos una disolución.
Mezcla homogénea o disolución es la que presenta un aspecto uniforme y
por tanto no podemos distinguir fácilmente sus componentes.
Probablemente hayas visto en algún documental una fundición, industria en la
que se somete a los metales a muy altas temperaturas para que se fundan, es
decir, que pasen al estado líquido. Si, por ejemplo, mezclamos los metales
cobre y cinc fundidos, obtenemos una mezcla homogénea que tras dejar enfriar
vuelve al estado sólido; es el latón. En estos casos hablamos de mezclas
homogéneas en estado sólido y reciben el nombre de aleaciones.
También existen gases disueltos en líquidos, como es el caso de la pequeña
cantidad de oxígeno y dióxido de carbono (gas que expulsas al respirar) que
lleva disuelto el agua de los ríos, lagunas y mares, y que resulta vital para los
peces y las plantas acuáticas.
* La leche es una emulsión
La leche es una mezcla que se encuentra en una situación intermedia entre
homogénea y heterogénea. Si la observamos a simple vista o con una lupa,
parece que su aspecto es uniforme, y por tanto, que es una mezcla
homogénea, Pero si utilizamos un microscopio óptico, veremos que tiene
pequeñas gotas de grasa dispersas en agua.
Lo mismo ocurre al añadir una cucharada de aceite a un vaso de agua si a
continuación lo batimos durante mucho tiempo. El resultado es que obtenemos
una mezcla de aspecto homogéneo a simple vista, pero si se deja reposar el
tiempo suficiente, el agua y el aceite terminan por separarse.
Este tipo de mezclas heterogéneas que en apariencia son homogéneas, se
llaman emulsiones.
ACTIVIDADES
Indica en qué se parece y e¡, qué se diferencian las mezclas homogéneas, las
heterogéneas y las emulsiones.
En la etiqueta de numerosos productos, como zumos o batidos, se lee: «Agítese
antes de usar». ¿Cuál crees que es el motivo de esta recomendación? Razona
tu respuesta.
Indica cómo separarías las siguientes mezclas:
a) Agua y aceite.
b) Arena y sal.
c) Serrín y limaduras de hierro.
d) Arena y limaduras de hierro.