La Materia y Su Medida_curso Virgilio

7/16/2019 La Materia y Su Medida_curso Virgilio

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Introducción: La materia y su Medida.

La química es la ciencia que estudia las propiedades de los materiales y los cambios que sufren éstos. Laquímica envuelve el estudio de las propiedades de la materia y su comportamiento. La materia es elmaterial físico del espacio, es todo aquello que tiene una masa y que, por ende, ocupa espacio. La

tremenda variedad de materia se debe a la combinación de sólo algunas 100 sustancias básicas que sedenominan elementos. La química proporciona las bases para entender las propiedades de la materia, entérminos de átomos, los casi infinitesimalmente pequeños bloques de construcción de la materia. Elátomo constituye la parte más pequeña de la materia que todavía conserva sus propiedades. Cadaelemento esta compuesto de un tipo especial de átomos. Se puede observar que las propiedades de lamateria no sólo se relacionan con el tipo de átomos que la compone (composición), sino también con elarreglo de dichos átomos. (Estructura).

Los átomos se unen para formar moléculas, en donde dos o más átomos están unidos en formasespecíficas. Diferencias aparentemente pequeñas en las estructuras de las moléculas provocan profundasdiferencias en las propiedades de las mismas.



Cada cambio que se percibe en el mundo observable, desde la ebullición del agua hasta los cambios quese producen en nuestro cuerpo producto del combate de virus, tiene sus bases en el inobservable mundode los átomos y las moléculas.

Clasificación de la materia.

Las dos maneras de clasificar a la materia se establecen de acuerdo a su estado físico y su composición.

Estados de la materia.

La materia puede ser un gas, un líquido o un sólido. Estos tres tipos de materia constituyen los estados

físicos de la materia. Los estados de la materia difieren en algunas propiedades visibles. Un gas,también conocido como vapor, no tiene forma ni volumen definido, más bien adquiere la forma y elvolumen de su contenedor. Un gas puede ser comprimido para ocupar un volumen menor, o ser expandido para ocupar uno mayor. Un líquido posee un volumen definido, sin importar el volumen de sucontenedor; sin embargo, no posee forma propia. Éste asume la forma de la porción que ocupa en elcontenedor. Un sólido posee tanto volumen como forma definida, es rígido. Ni los líquidos ni los sólidos

pueden ser comprimidos.

Las propiedades de los estados pueden ser explicados a nivel molecular. En un gas, las moléculas seencuentran muy distanciadas unas de otras y se mueven a altas velocidades, chocando continuamente conotras moléculas y con las paredes de su contenedor. En un líquido, los espacios entre las moléculas sonmás reducidos que en los gases; sin embargo, se da el libre movimiento de las moléculas, rozando unas

con otras. En un sólido, las moléculas se encuentran muy próximas entre sí, usualmente en arreglos muydefinidos, en los cuales las moléculas sólo tienen muy ligeros movimientos sin desubicarse de su fija posición. De esta manera, los sólidos suelen ser muy rígidos.

Sustancias puras.

Muchas de las formas de materia que existen a nuestro alrededor, como el aire que respiramos, lagasolina de los autos y las veredas en las que caminamos, se encuentran en forma de mezclas. Dada esta

propiedad, los componentes de la mezcla pueden ser separados por medio de procesos químicos o procesos físicos, dando origen a sustancias puras. Las sustancias puras son formas de la materia con propiedades y composición que no varían.

Las sustancias se componen tanto de elementos como de compuestos. Los elementos no pueden ser

descompuestos en sustancias más simples. A nivel moléculas, un elemento se constituye de un solo tipode átomo. Los compuestos son sustancias que se componen de dos o más elementos, de manera que

poseen diferentes tipos de átomos. Las mezclas son combinaciones de dos o más sustancias, de forma talque cada sustancia posee su propia identidad química.



Elementos.

Actualmente, se conocen 114 elementos. Cada uno de éstos varía según su abundancia en la Tierra y en elcuerpo humano. Los elementos químicos son denotados por una abreviatura de su nombre, denominadocomo su símbolo químico. Los símbolos químicos de los elementos se ordenan de acuerdo a sus

propiedades en una tabla denominada la tabla periódica de los elementos. En dicha tabla, Los símbolos

químicos se ordenan en columnas verticales, de acuerdo a la proximidad de sus propiedades. El símbolode cada elemento consta de una o dos letras, la primera en mayúscula y la segunda en minúscula.

Compuestos.

Muchos elementos interactúan entre sí para formas compuestos. El hidrógeno, por ejemplo, interactúa conel oxígeno para formar agua. En este caso, 2 átomos de hidrógeno, se unen con un átomo de oxígeno paraformar una molécula de agua. De manera inversa, el agua puede ser descompuesta en sus componentes,

por medio de un proceso denominado electrólisis.

Mezclas.

Muchas de las formas de la materia se encuentran constituidas por mezcla de diferentes sustancias. Cadasustancia de la mezcla posee su propia identidad química y conserva sus propiedades. La composición deuna mezcla puede variar. Una taza de café puede tener mucha azúcar o sólo una cucharada de azúcar.Cada sustancia que forma parte de la mezcla, como el café y el azúcar, se denominan componentes de lamezcla. Algunas mezclas, como la arena, los bloques y la madera, no tienen la misma composición ni las

propiedades y la apariencia en la mezcla. Dichas mezclas son llamadas mezclas heterogéneas y, en ellas,se pueden observar cada una de las fases o componentes de la mezcla. Las mezclas que son uniformes entoda su extensión, reciben el nombre de mezclas homogéneas. El aire que nos rodea constituye unamezcla homogénea, compuesta de nitrógeno, oxígeno, gases nobles, vapor de agua, entre otros. Lasmezclas homogéneas también son denominadas soluciones.

La Materia

¿Esuniforme?

MezclaHomogénea

MezclaHeterogénea

Sí No

¿Posee unacomposiciónvariable?

Mezcla Homogénea(Solución)

Sustancia Pura

No

Puede ser descompuesta en

sustancias simplesElemento

Sí

No

CompuestoSí



Propiedades de la Materia.

Cada sustancia tiene su único grupo de propiedades, características que nos permiten reconocerlas ydiferenciarlas de otras sustancias. Las propiedades de la materia pueden ser catalogadas como

propiedades físicas y propiedades químicas.

Las propiedades físicas pueden ser medidas sin cambiar la identidad y la composición de la sustancia.Éstas propiedades incluyen el color, olor densidad, punto de fusión, punto de ebullición y dureza. Laspropiedades químicas describen las vías en las que las sustancias pueden cambiar o reaccionar paraformas otras sustancias. Un ejemplo típico de una propiedad química, la constituye la inflamabilidad, quees la habilidad de una sustancia de quemarse en presencia de oxígeno.

Algunas propiedades, como la temperatura, la densidad y el punto de fusión, no dependen de la cantidad ola extensión de la materia. Dichas propiedades, conforman las propiedades intensivas y son muy útilesen química puesto que permiten identificar a la sustancia. Las propiedades extensivas dependen de lacantidad o extensión de la materia e incluyen la medida de la masa y el volumen.

Cambios Físicos y Químicos.

Los cambios que sufre la materia pueden ser clasificados como cambios físicos y cambios químicos. Enlos cambios físicos, la materia cambia su apariencia física, mas no su composición. La evaporación delagua constituye un cambio físico, en el cual el agua pasa del estado líquido al estado de vapor; sinembargo, su composición de 2 átomos de hidrógeno con una de oxígeno permanece igual. Todos loscambios de estado son cambios físicos.

En los cambios químicos, denominados reacciones químicas también, una sustancia es transformada enotra sustancia químicamente diferente.

Procesos de separación de mezclas.

Como cada componente de la mezcla retiene sus propiedades, podemos separar las mezclas en sus

componentes, aprovechándonos de dichas diferencias entre sus propiedades. Por ejemplo, una mezcla detrozos de hierro con trozos de oro, puede ser separado en hierro y oro, con sólo acercar un imán paraatraer los trozos de hierro, proceso denominado imantación. A la vez, podemos aprovecharnos del hechode que ciertos ácidos reaccionan con el hierro y no con el oro, agregamos el ácido a la mezcla,

permitiendo que dicho ácido diluya el hierro. La mezcla del oro con el hierro, puede ser separado por un proceso de filtración.

El agua posee un punto de ebullición mucho más bajo que el de la sal de mesa. De esta forma, la mezclade agua con sal diluida puede ser separada agregando calor a la mezcla, provocando que el agua llegue asu punto de ebullición primero que la sal y pase de líquido a gas. Dicho proceso se denominaevaporación. Sin embargo, podemos enfriar el vapor del agua que emana de la mezcla, por medio de unrefrigerante, y hacerlo volver al estado líquido, fenómeno denominado condensación. El proceso globalresultante, recibe el nombre de destilación.

Las diferentes habilidades de las sustancias de adherirse a las superficies de varios sólidos, puede ser usado para separar mezclas. Éstas son las bases de la cromatografía.

Unidades de Medida.

Muchas propiedades de la materia son cuantitativas, es decir, depende de números. Cuando un númerorepresenta una cantidad medida, la unidad de dicha medida debe ser especificada. Por ejemplo, decir queun lápiz mide 17,5 no tiene ningún sentido. Sin embargo, al afirmar que mide 17,5 cm, se especifica

propiamente la longitud.

Para unificar el lenguaje de medida de todos los científicos del mundo, se ha creado un sistema de medida

universal denominado el sistema internacional de medida (SI). Este sistema posee 7 unidades básicas demedida de las cuales se derivan otras.



Unidades de Medida del SI.

Cantidad Física Unidad de medida Abreviación

Masa kilogramo kgLongitud metro mTiempo Segundo s

Temperatura Kelvin K Cantidad de materia Mol mol

Intensidad de corriente eléctrica Amperios AIntensidad de luz candela Cd

Los prefijos son utilizados para indicar fracciones decimales o múltiplos de varias unidades

Prefijos utilizados en el sistema de medida

Prefijos Abreviación SignificadoGiga G 109

Mega M 106

Kilo K 103

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro µ 10-6

Nano n 10-9

Pico p 10-12

Femto F 10-15

La unidad de medida de longitud es el metro y especifica la medida de la distancia entre dos puntos. Lamasa es la medida de la cantidad de material de un objeto y se mide en kilogramos. La temperatura es lamedida de la cantidad de calor que existe en un material. De esta manera, la temperatura determina ladirección del flujo de calor. El calor tiende a fluir desde un material de mayor temperatura a uno de

menor temperatura.Las escalas de temperatura que más se utilizan en estudios científicos son la escala de Celsius y la dekelvin. La escala Celsius es muy utilizada en la mayoría de los países. Está basado en la asignación del

punto de congelación del agua a 0o C y el punto de ebullición del agua a 100oC. La escala de Kelvin esutilizada en el sistema internacional. El cero en esta escala constituye la temperatura de -273,15 oC,denominado el cero absoluto. Ambas, la escala Celsius y la Kelvin, poseen igual magnitud en los gradosde temperatura, de manera que los grados Kelvin y los Celsius se relacionan mediante la siguienteexpresión:

K = o C + 273

El punto de congelación del agua es a 0o C o 273,15 K. La escala de temperatura normal en los EstadosUnidos es el Farenheit. En una escala farenheit, el punto de congelación del agua ocurre a 32 oF y ebullea 212 oF. La escala Farenheit se relaciona con la escala Celsius mediante la siguiente expresión:

oC = 5/9 ( oF – 32) o oF = 9/5 (oC) + 32

La densidad es utilizada para caracterizar las sustancias. Es definido como la cantidad de masa entreunidad de volumen:

Densidad = masa/volumen

La densidad de los sólidos y los líquidos es expresada en g/cm3 o g/ mL.

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