P3 Masa y Materia

1.-) CONCEPTO BÁSICO, UNIDAD DE LA
MAGNITUD Y APARATO DE MEDIDA DEL PESO,
LA MASA Y LA CANTIDAD DE MATERIA.
2.-) LEY DE LAVOISIER Y CONSERVACIÓN DE LA MASA
3.-) CONSERVACIÓN DE LA MATERIA
1.-) CONCEPTO BÁSICO, UNIDAD DE LA
MAGNITUD Y APARATO DE MEDIDA DEL PESO,
LA MASA Y LA CANTIDAD DE MATERIA.
Peso: Med ida de la fue rza gra vitat oria ejerc ida sobre u n
objeto. El peso de un o bjeto p uede determina rse con un métod o
co mparat ivo o mid ie ndo d irecta me nte la fue rza gra vitato ria co n
una ba la nza de mue lle. La de fo rma ció n de este tipo de ba la nza
depende de la atracc ió n gra vitatoria loca l; por eso una bala nz a
de mue lle marca pesos d ifere ntes p ara una mis ma masa (o ca nt idad de ma teria) e n lugares co n una atracció n gra vitatoria d iferente. Por e je mp lo, c ua lq uier ob jet o pesa algo más s i está sit uado a nive l de l ma r q ue si está en la cima de una mo nta ña, o s i
está cerca de l p o lo q ue s i está e n e l ec uado r. Sin e mba rgo s u
masa es la mis ma. Si se co mpa ra e l peso en la Tie rra y e n la luna, las d ifere nc ias so n más especta cula res. Por eje mp lo, un objeto co n 1 k ilo gra mo de masa, que en la Tie rra pesa unos 9,8
newt o ns, pesaría so la me nte 1,6 ne wto ns e n la Luna. Su unidad
de med ida es e l new to n, se le da este no mb re grac ias a Sir Isaac
Newto n, (1642 -1727 ), mate mát ico y fís ico britá nico, co ns iderado uno de los más gra ndes cie nt íficos de la historia, q ue hiz o
i mporta ntes aportac io nes e n muc ho s ca mpos de la c ie nc ia. Sus
descubri mie nt os y te orías s irviero n de base a la ma yo r pa rte d e
los a va nces c ie nt íficos desarro llad os desde su época. Newto n
fue j unt o a l mate mát ico a le má n Go tt frie d W ilhe l m Le ib niz uno
de los inve ntores de la ra ma de las mate mát icas de no minada
cálc ulo. Ta mb ié n reso lvió c uest io ne s relat ivas a la luz y la ópt ica, fo rmuló las le yes de l mo vi mie nto y ded uj o a part ir de e llas
la le y de la gra vitac ió n unive rsal.
M asa: Cuando se creó el s iste ma métrico deci ma l e l k ilo gra mo se de finió co mo la masa de 1 decímetro c úb ic o de agua
pura a la te mperat ura en q ue a lca nz a su má xi ma de nsidad
(4,0 °C). Se fab ricó un c ilindro de plat ino q ue t uviera la mis ma
masa q ue d ic ho vo lume n de a gua en las cond ic io nes especifica das. Después se descubrió q ue no pod ía conse guirse una ca nt idad de agua tan p ura ni ta n estab le co mo se requería. Po r eso el
patró n pri mario de masa pasó a ser el c ilind ro de p lat ino, q ue
en 1889 fue s ust it uido por un c ilind ro de plat ino-irid io de masa
simi lar. En e l SI e l k ilo gra mo se sigue de finie ndo co mo la masa del cilindro de p lat ino-irid io co nservado e n París. Es la p ropiedad intrínseca de un c uerp o, que mide su inerc ia, es decir, la
resiste nc ia de l c uerpo a ca mb iar s u mo vi mie nto. La masa no es
lo mis mo q ue el peso, que mide la atracció n q ue ejerce la Tie rra sobre una masa determinada. La masa inerc ia l y la masa
gra vitac io na l so n idé nt icas. El peso varía según la pos ic ió n de
la masa en re lac ió n co n la Tie rra, pero es proporc io na l a la ma sa; dos masas igua les sit uadas en e l mis mo p unto de un ca mpo
gra vitato rio t ie ne n e l mis mo peso. Un princ ip io funda me nta l de
la fís ica c lásica es la le y de conservació n de la masa, que a firma q ue la materia no p uede crearse ni destruirse. Esta le y se
cump le en las reaccio nes quí micas, pero no ocurre así c ua ndo
los áto mos se desinte gra n y se conv ie rte ma teria e n ene rgía o
energía en mate ria.
La teoría de la re lat ividad, for mulada inic ia lme nte e n
1905 por Albe rt Eins te in, ca mb ió en gra n me d ida e l co ncepto
trad ic io na l de masa. La re lat ividad de muest ra q ue la masa de u n
objeto varía c ua ndo s u ve loc idad se apro xima a la de la luz, es
decir, cua nd o se acerca a los 30 0.00 0 k iló met ros por se gundo; la
masa de un o bjeto q ue se desp laza a 260.000 k m./s, por eje mp lo,
es apro ximada me nte e l dob le de su lla mada masa e n rep oso.
Cua ndo los cue rpos t ie ne n estas veloc idades, co mo oc urre co n
las pa rt íc ulas p rod uc idas en las re accio nes nuc lea res, la masa
puede co nvert irse e n e nergía y vice versa, co mo s ugería la fa mo sa ecuació n de Einste in E = mc 2 (la energía es igua l a la masa
por el c uad rado de la ve loc idad de la luz).
Ca nti dad de materia : La materia en ciencia es el término
general que se aplica a todo lo que ocupa espacio y posee los
atributos de gravedad e inercia. En la física clásica, la materia y
la energía se consideraban dos conceptos diferentes que estaba n
detrás de todos los fenó menos físicos. Los físicos modernos, sin
embargo, han de mostrado que es posible transformar la materia
en energía y viceversa, con lo que han acabado con la diferenciación clásica entre a mbos conceptos. Sin e mbargo, al tratar nume-
rosos fenó menos —co mo el movimiento, el comportamiento de
líquidos y gases, o el calor— a los científicos les resulta más
sencillo y práctico seguir considerando la materia y la energía
como entes distintos. U n mo l es la unidad bás ica del Siste ma
Internac io na l de unida des, definid a co mo la ca nt idad de una
susta nc ia (áto mos, mo léc ulas, io nes , electro nes u ot ras part íc ulas) co mo áto mos ha y e n 12 g de c arbo no 12. Es una ma gnit ud
co mo p uede ser el t ie mpo (segund os), la masa (gra mos) o la
dista nc ia ( metros). Esa cant idad d e partíc ulas es apro ximada me nte de 6,023 × 10 23 , el lla mado nú mero de Avo gad ro. Lue go
un mo l es la masa mo lec ula r exp resada en gra mos.
2.-) LEY DE LAVOISIER Y CONSERVACIÓN DE LA MASA
Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), químico
francés, considerado el fundador de la química moderna.
Lavoisier nació el 26 de agosto de 1743 en París y estudió
en el Instituto Mazarino. Fue elegido mie mbro de la Acade mia de
Ciencias en 1768. Ocupó diversos cargos públicos, incluidos los
de director estatal de los trabajos para la fabricación de la pólvora en 1776, mie mbro de una co misión para establecer un siste ma
uniforme de pesas y medidas en 1790 y comisario del tesoro en
1791. Trató de introducir reformas en el siste ma monetario y tributario francés y en los métodos de producción agrícola. Como
dirigente de los ca mpesinos, fue arrestado y juzgado por el tribunal revolucionario y guillotinado el 8 de mayo de 1794.
Los experimentos de Lavoisier fueron de los primeros experimentos químicos realmente cuantitativos que se realizaron.
Demostró que en una reacción química, la cantidad de materia es
la misma al final y al co mienzo de la reacción. Estos experimentos proporcionaron pruebas para la ley de la conservación de la
materia y la masa. Lavoisier ta mbién investigó la composició n
del agua y deno minó a sus co mponentes oxígeno e hidrógeno.
Algunos de los experimentos más importantes de Lavoisier examinaron la naturaleza de la combustión, demostrando que es un
proceso en el que se produce la combinación de una sustancia
con el oxígeno. Ta mbién reveló el papel del oxígeno en la respiración de los animales y las plantas. La explicación de Lavoisier
de la co mbustión reemplazó a la teoría del flogisto, sustancia que
desprendían los materiales al arder.
Con el químico francés Claude Louis Berthollet y otros, Lavoisier concibió una nomenclatura química, o siste ma de nombres,
que sirve de base al siste ma moderno. La describió en Método de
Nomenclatura Química (1787). En Tratado elemental de química
(1789), Lavoisier aclaró el concepto de elemento como una sustancia simple que no se puede dividir mediante ningún método de
análisis químico conocido, y elaboró una teoría de la formació n
de compuestos a partir de los ele mentos. Ta mbién escribió Sobre
la Combustión (1777), y Consideraciones sobre la Naturaleza de
los Ácidos (1778).
La le y de la co nservac ió n de la masa dice que e n cua lquie r reacc ió n quí mica la masa se conserva, es decir, la masa y
la ma teria ni se crea ni se destruye, sólo se tra ns fo rma y perma nece invariab le.
EJ:
Coge mos 1,5 gra mos de AgNO 3 y lo d iso lve mos e l
agua, lo po ne mos en co ntacto co n c obre y se crea Ag, q ue pesa
0,88. Lue go esta a esta plata se le añade HNO 3 y se vue lve a
crear AgNO 3 q ue ahora debería pes ar 1,5 g, pero a l habe r perdido un p oco e n los pasos a nteriores, por eje mp lo i mpre gna da
en la barilla o xidac ió n q ue se ha ya caíd o de l vaso, pesa 1,46 g.
Aho ra este AgNO 3 se mezc la co n 1 g NaCl y se fo rma un só lido,
se filtra y la d iso luc ió n se deja eva porar, se pesan las dos s ustanc ias y al s umarlas tie ne q ue dar 2,5g, uno de NaCl y 1,5 de
AgN O 3 pero a l ha ber pe rd ido otra vez só lo pesa 2,44 g. Si la
pract ica se hub iera rea lizado pe rfe cta me nte pesaría mas, porque e n los prime ros pasos se ha arra strado un poco de cobre.
2 AgNO 3 + Cu è 2 Ag + CuNO 3
Ag + HNO 3 è HNO 2 + AgNO 3
AgN O 3 + NaCl è AgC l + NaNO 3
3.-) CONSERVACIÓN DE LA MATERIA
La vo is ier no elabo ró está teoría, porq ue hace doscie ntos
años ap ro xi ma da me nte no se co noc ía el co ncepto de materia, pe ro a pa rt ir de la le y de la co nservac ió n de la masa se e laboró esta.
Te nie ndo e n c ue nta la pract ica a nterior me nte c itada vamos esta vez a ca lc ula r e l nú mero de mo les de Ag q ue ha y d urante el proceso.
Inic ia lme nte tenía mos 1,5 gra mos de AgNO 3 que al dividirlo entre el peso molecular de este compuesto (169,9) obtenemos
0,0088 moles de AgNO 3 que son los mis mos que de Ag + . Luego
obtene mos 0,88g que dividido por la masa molecular del Ag
(107,8) da 0,0082. Del nitrato de plata obtenido después al añadir
HNO 3 1,46 g lo que nos da 0,0086 moles de plata. Y por último
tenía mos 1,26g que entre 143,2 (peso molecular)nos da 0.0088
moles que el número de moles inicial.