CAPÍTULO 2 / TEMA 1

La materia y sus propiedades

LA MATERIALa materia es todo aquello que tiene masa, ocupa un espacio y posee inercia. Por lo tanto, todos los cuerpos que podemos medir, ver o tocar, como el agua, el aire, las plantas o el mismo ser humano están formados por materia.

Desde la Antigüedad, diversos filósofos y científicos se interesaron por saber cómo estaba construida la materia. Las ideas modernas sobre su naturaleza se basan en distintas teorías, que con el paso del tiempo demostraron no sólo que la materia es discontinua, sino también que está conformada por diminutas unidades llamadas átomos.

En consecuencia, toda la materia se estructura principalmente por moléculas, las cuales están formadas por átomos y éstos a su vez por partículas más simples.

¿DE QUÉ ESTÁ HECHA LA MATERIA?

Según sus propiedades y composición, la materia se puede clasificar en varios subtipos.

• Sustancia: tiene propiedades distintivas y composición constante. - Elemento: sustancia que por ningún procedimiento físico o químico puede separarse o descomponerse en otra sustancia más sencilla. - Compuesto: sustancia que resulta de la unión de dos o más elementos.

• Mezcla: unión de varias sustancias que conservan propiedades independientes. - Mezcla homogénea: formada por dos o más componentes que a simple vista no pueden identificarse. También se le llama solución. - Mezcla heterogénea: formada por dos o más componentes que se pueden distinguir a simple vista.

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA

MATERIALESEn cualquiera de sus formas o estados, los

materiales están constituidos por

materia. Todo lo que nos rodea es materia.

Las células son las unidades vivas más pequeñas que se han podido observar y en su interior existen cientos de partículas más pequeñas.

Algunos ejemplos de sustancias químicas.

Aunque la materia parece una masa compacta sin espacios vacíos, la ciencia ha demostrado que no es así. Los materiales

están formados por comprimidos de materia con espacios vacíos en su microestructura,

es decir, es discontinua.

DISCONTINUIDAD DELA MATERIA

Todos los materiales están formados por moléculas y éstas por átomos.

Materia

Molécula ÁtomoElectrón

Núcleo

Protón

Neutrón

De la misma manera que una colmena está formada por un conjunto de celdas, la materia está formada por moléculas que a su vez se constituyen de partículas más pequeñas denominadas átomos. El átomo se define como la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia, lo que no quiere decir que no existan niveles inferiores. De hecho, el átomo está constituido por otras unidades inferiores conocidas como partículas subatómicas, las cuales se han descubierto e investigado por años.

El átomo a través del tiempo

Ya se sabe que los átomos son unidades tan pequeñas que no pueden visualizarse. Por esa razón, desde hace siglos se han propuesto distintas teorías para explicar el comportamiento de esta partícula. A continuación se presentan algunos de sus postulados:

Siglo V a. C. - Leucipo y Demócrito

- La materia está constituida por pequeñas partículas llamadas átomos.- Entre los átomos existe el vacío.- Los átomos son eternos e indivisibles.

1805 - John Dalton

- Todos los átomos de un elemento son idénticos en tamaño, masa ypropiedades químicas.- Los átomos se combinan para formar compuestos.- Los átomos no se crean ni se destruyen es una reacción química, sólo se separan, combinan o reordenan.

1904 - Joseph Thomson

- El átomo posee partículas muy pequeñas con carga negativa, llamadas electrones.- Un átomo es una esfera uniforme cargada positivamente con electrones incrustados.- Las cargas positivas y negativas eran iguales, por lo que el átomo es neutro.

1910 - Ernest Rutherford

- El átomo tiene un núcleo, el cual es considerado la zona central y más densa.- El núcleo es positivo.- Los electrones están en constante movimiento alrededor del núcleo atómico.

1913 - Niels Bohr

- Los átomos tienen una cantidad de órbitas definidas en donde giran a gran velocidad los electrones.- Los electrones se promueven de una órbita a otra cuando los átomos emiten o absorben energía en forma de radiación.

ÁTOMO

LA MATERIA ES TODO LO QUE NOS RODEA

El carbono es un elemento

presente en la naturaleza en

forma de carbón y diamante.

El metano es un compuesto

mayoritario del gas natural.

El aire es una mezcla

homogénea entre distintos gases.

El agua y el aceite forman una mezcla

heterogénea.Cuando se unen dos átomos de hidrógeno a un átomo de oxígeno se forma la molécula de

agua (H2O).

NOMBREDemócrito

FECHA DE NACIMIENTO460 a. C.

LUGARAbdera, Grecia

OCUPACIÓNFilósofo y matemático

Gracias a su mentor Leucipo, Demócrito pudo desarrollar la teoría atómica del universo.

¿SABÍAS QUÉ?

W. Crookes y J. Thomson descubrieron el electrón gracias a una serie de experimentos con un tubo de rayos catódicos.

El descubrimiento de la radiactividad alrededor del año 1896 dio paso a la

propuesta de Rutherford. La existencia del núcleo en el átomo fue demostrada al observar que un haz de partículas alfa emitidas por el polonio contra una fina

lámina de oro rebotaban.

¿CÓMO SE DESCUBRIÓ EL NÚCLEO?

1916 - Arnold Sommerfeld

- Las orbitas del átomo están formadas por otras más finas.- En el átomo existen órbitas circulares y elípticas que representan los distintos niveles y subniveles de energía.

1926 - Erwin Schrödinger

- Apoyado en la teoría de Heisenberg, concluyó que los electrones son ondas de materia.- La trayectoria definida de un electrón es sólo una probabilidad de hallarlo en una zona de la nube electrónica.- Los orbitales se describen por medio de cuatro números cuánticos.

1932 - James Chadwick

- En el núcleo del átomo existen partículas eléctricamente neutras llamadas neutrones.- Los neutrones tienen una masa ligeramente superior a la de los protones.

NOMBREJames Chadwick

FECHA DE NACIMIENTO20 de octubre de 1891

LUGARBollington, Reino Unido

OCUPACIÓNFísico nuclear

En 1935 ganó el Premio Nobel de la Física por descubrir la existenciadel neutrón.

QUIERO SABER SOBRE...

Los átomos que constituyen el material contienen electrones en

movimiento; éstos forman espiras microscópicas de corrientes que

producen campos magnéticos.

Es posible romper núcleos atómicos para obtener inmensas cantidades de energía mediante un procedimiento denominado fisión nuclear. Este proceso es la base de

funcionamiento de la bomba atómica.

¿SE “ROMPEN” LOSNÚCLEOS ATÓMICOS?

MODELOS ATÓMICOS

John Dalton Joseph Thomson Ernest Rutherford Erwin Schrödinger James Chadwick Niels Bohr Arnold Sommerfeld

La estructura del átomo consiste principalmente en un núcleo y una nube electrónica. El núcleo representa la mayor parte de masa del átomo, en él se encuentran los protones y neutrones, mientras que la zona extra-nuclear o nube electrónica está formada por electrones que se distribuyen en diferentes orbitales.

El modelo atómico actual se fundamenta en la mecánica cuántica. Sus postulados más importantes son la existencia de orbitales y de niveles de energía. Los orbitales son las zonas donde es más probable encontrar a los electrones, éstos se pueden hallar en la denominada nube electrónica. Existen orbitales s, p, d y f para los elementos en su estado fundamental.

ESTRUCTURA ATÓMICA

Electrón

Neutrón

Protón

Estructura de un átomo.Forma de los orbitales s y p.

Protones y neutrones

Los protones y neutrones que conforman el núcleo atómico son partículas subatómicas de peso similar. Los protones se caracterizan por poseer una carga positiva, en tanto, los neutrones no poseen carga eléctrica. De manera que el núcleo de los átomos concentra la mayor parte de la masa de los mismos y además tiene carga positiva.

Electrones

Los electrones son partículas subatómicas que pesan 1.836 veces menos que los protones y tienen carga eléctrica negativa, éstos se encuentran ubicados alrededor del núcleo en orbitales que se definen como aquellas zonas donde es más probable encontrar a un electrón.

La carga de los electrones que rodean al núcleo en un átomo es equivalente a la carga positiva del núcleo, de manera que el átomo como tal es neutro.

¿Cómo calcular la cantidad exacta de partículas subatómicas?

Para conocer exactamente la cantidad de partículas subatómicaselementales que posee un átomo se deben conocer la masa y el número atómicodel elemento.

Número atómico: representado por la letra Z, corresponde a la cantidad de protones que tiene un átomo determinado. Los elementos están ordenados en la tabla periódica de acuerdo a su número atómico.

Para un átomo neutro, el número atómico es igual al número atómico porque tiene la misma cantidad de protones que de electrones.

Masa atómica: se lo representa con la letra A y se obtiene al sumar la cantidad de protones y neutrones que se encuentran en el núcleo.

Sí. Aunque los átomos de un elemento siempre tendrán el mismo número de

protones, el número de neutrones puede variar y así también varía la masa.

Los elementos que tienen igual número de protones pero diferente cantidad de

neutrones se llaman isótopos yconforman la mayoría de los elementos en

la naturaleza.

¿EXISTEN ÁTOMOS DEL MISMO ELEMENTO CON DIFERENTE CANTIDAD DE PROTONES?

Isótopos del hidrogeno

No. Es posible que un átomo gane o pierda electrones para formar iones, los cuales

pueden ser de dos tipos:

Cationes: formados por la pérdida de electrones y cargado positivamente.

Aniones: formados por la ganancia de electrones y cargado negativamente.

¿LOS ÁTOMOS SIEMPRE SON ELÉCTRICAMENTE NEUTROS?

Z = p+

Z = número de electrones(sólo para átomos neutros)

Z= e-

Z = NÚMERO ATÓMICO = NÚMERO DE PROTONES

A = n0 + p+

A = n0 + Z

MASA ATÓMICA =NEUTRONES + PROTONES

Estructura cristalina de NaCl. El cloruro de sodio o sal de mesa está formado por

cationes de Na+ y aniones de Cl-.

1. Ver referencias de la tabla periódica

A = masa atómica = 26,98 ≈ 27Z = Número atómico = 13

2. Hallar la cantidad de protones.

Z= p^+ = 13

3. Halla cantidad de electrones.

p^+ = e- = 13

4. Hallar cantidad de neutrones.

n^0 = 27 - 13 = 14

PASOS PARA CALCULAR LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICASDEL ALUMINIO

Construye un átomo

Fuente: PhET Interactive SimulationsUniversity of Colorado Boulder

http://phet.colorado.edu

Los átomos de los diversos elementos se combinan mediante enlaces químicos para formar moléculas. Dicha unión puede involucrar átomos de un mismo elemento químico o átomos de diferentes elementos químicos.

Las moléculas son eléctricamente neutras, al igual que los átomos.

LAS MOLÉCULAS

Las moléculas se clasifican en función de la cantidad de átomos que las conforman en diatómicas y poliatómicas.

Moléculas diatómicas: son aquellas compuestas por dos átomos. Por ejemplo el oxígeno que respiramos (O2) y el monóxido de carbono (CO).

Moléculas poliatómicas: son aquellas que contienen dos o más átomos. Por ejemplo el agua (H2O) y el ozono (O3).

CLASIFICACIÓN DE MOLÉCULAS

MOLÉCULAS EN NUESTRAS CASA

C9H8O4Ácido

acetilsalicílico o aspirina.

Molécula presente en fármacos

contra el doloro fiebre.

C2H6OEtanol

Molécula presente en bebidas alcohólicas,

medicamentos y cosméticos.

C12H22O11Sacarosa

Molécula presente en la azúcar

de mesa.

CH3COOHÁcido acético

Molécula presente en el vinagre

Las moléculas tienen diversas formas según la cantidad de átomos.

Fuente: PhET Interactive SimulationsUniversity of Colorado Boulder

http://phet.colorado.edu

Estructura de algunas moléculas diatómicas y poliatómicas.

Agua Peróxido dehidrógeno

Clorurode sodio

Monóxido dedicarbono

Dióxido denitrógeno

Monóxido de carbono Ozono

Oxígeno Hidróxido

OTROS TIPOSDE MOLÉCULAS

Moléculas discretasEstán formadas por un número determinado y bien definido de

átomos. Por ejemplo el amoniaco.

MacromoléculasEstán constituidas por miles o

millones de átomos enlazados en largas filas. Por ejemplo

el polietileno.

BiomoléculasSon sintetizadas naturalmente por los organismos vivos. Por ejemplo

las proteínas.