MATERIA Y ENERGIA

CREADO POR: J. MIREYA ROSAS GÓMEZ

CLASIFICACION DE LA MATERIA: HOMOGENEA Y HETEROGENEA

En términos generales la materia se puede clasificar en: homogénea y heterogénea. En la materia heterogénea es aquella cuyos componentes se distinguen unos de otros y cada una de ellas tiene diferentes propiedades, tal es el caso de la madera, el mármol, una mezcla de agua con aceite, o bien el granito, entre otros.

En la materia homogénea es la que presenta una composición uniforme, en la cual no se pueden distinguir a simple vista sus componentes; en muchos casos, no se distinguen ni con instrumentos como el microscopio. Por ejemplo: el agua, la sal, el aire, la leche, el azúcar y el plástico.

Las sustancias puras son consideradas como materia homogénea, ya que tienen una composición invariable y propiedades idénticas totales. Los elementos como el oro, la plata, el oxigeno y los compuesto como el agua o el cuarzo, son sustancias puras.

Un elementoes una sustancia simple que no puede descomponorse en otras sustancias mas simples por medios químicos ordinarios. Si tomamos en cuenta cierta cantidad de un

Materia

Heterogénea

Mezclas heterogéneas

Homogénea

Mezclas homogéneas.

Soluciones

Sustancias Puras

Compuestos Elementos

elemento, por ejemplo el oro, y las dividimos en partescada vez más pequeñas, llegariamos a las partes más pequeñas que que conserva aún las propiedades de ese elemento, el átomo.

El átomo es la partícula mas pequeña que existe como elementoque puede participar en una reacción química, a su vez los átomos están constituidos por partículas subátomicas, pero éstas ya no tienen las propiedades de los elementos. Por lo que un elemnto se compone por una sola clase de átomos.

Un compuesto es una sustancia que resulta de la unión química de dos o mas elementos en proporciones definidas. Los elementos que constituyen un compuestose han combinado de tal manera que ya no es posible identificarlos por sus propiedades individuales originales, y sólo la acción química los puede separar. La parte más pequeña de un compuesto puro es su molécula. La molécula se forma por la unión de dos o más átomos iguales o diferentes, ya sea si se trata de un elemento o compuesto.

Una mezcla es un material que resulta de la unión física de dos o mas sustancias(compuestos o elementos) en proporciones variables, y que al unirse conservan sus propiedades individuales. Los componentes de una mezcla se pueden separar por métodos físicos o mecánicos. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

Las soluciones son una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Se componen de una sustancia llamada soluto, que se disuelve en otra llamada solvente, en una solución el solvente siempre se encuentra en mayor proporción y puede contener uno o varios solutos. Según el estado físico del solvente, las soluciones pueden ser líquidas, sólidas o gaseosas.

PROPIEDADES DE LA MATERIA

Una propiedad es una característica por medio de la cual una sustancia se puede identificar y describir. Las propiedades pueden ser químicas o físicas:

Propiedades químicas: Son aquellas que permiten describir el comportamiento de sustancia cuando ésta sufre cambios en su composición o sea que ocurren cambios a nivel molecular tal como en la mayoría de las reacciones miramos que los resultados se forman precipitados o se liberan átomos, estos son algunos ejemplos:

1) Reacciona con los óxidos ácidos2) Reacciona con los óxidos básicos3) Reacciona con los metales4) Reacciona con los no metales5) Se une en las sales formando hidratos

Propiedades físicas. Son aquellas que pueden determinarse sin que la sustancia sufra ningún cambio en su composición.

1) Estado físico: sólida, liquida y gaseosa2) Color3) Sabor4) Olor5) Densidad6) Punto de congelación7) Punto de ebullición8) Presión critica9) Temperatura critica.

PROPIEDADES FISICAS EXTENSIVAS E INTENSIVAS

Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un sistema, por lo que el valor permanece inalterable al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas. Son propiedades fisicas intensivas:La temperatura, la presión, la velocidad, el volumen específico (volumen ocupado por la unidad de masa), el punto de ebullición, el punto de fusión, la densidad, viscosidad, dureza, concentración, solubilidad, etc., en general todas aquellas que caracterizan a una sustancia diferenciándola de otras.Por el contrario, las propiedades extensivas son aquellas que sí dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un sistema, son magnitudes cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que describe. Estas magnitudes pueden ser expresadas como la suma de las magnitudes de un conjunto de subsistemas que formen el sistema original.Algunas propiedades extensivas son: como el volumen, la cantidad de calor o el peso, estas pueden convertirse en intensivas dividiéndolas por la cantidad de sustancia, la masa o el volumen de la muestra; resultando en valores por unidad de sustancia, de masa, o de volumen respectivamente; como lo son el volumen molar, el calor específico o el peso específico.

ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

Para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas, átomos o iones) que la constituyen.Todos los estados de agregación poseen propiedades y características diferentes, los más conocidos y observables cotidianamente son cuatro, las llamadas fases sólida, líquida, gaseosa y plasmática.

Estado sólido

Los objetos en estado sólido se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras estrechas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Los sólidos son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión. La presencia de pequeños espacios intermoleculares caracteriza a los sólidos dando paso a la intervención de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geométrica.Las sustancias en estado sólido presentan las siguientes características:

Cohesión elevada. Forma definida. Incompresibilidad (no pueden comprimirse). Resistencia a la fragmentación. Fluidez muy baja o nula. Algunos de ellos se subliman (yodo). Volumen constante (hierro).

Estado líquido

Si se incrementa la temperatura, el sólido va perdiendo forma hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido. Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe cierta unión entre los átomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los sólidos.El estado líquido presenta las siguientes características:

Cohesión menor. Movimiento energía cinética. No poseen forma definida. Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. En el frío se contrae (exceptuando el agua). Posee fluidez a través de pequeños orificios. Puede presentar difusión. Volumen constante.

Estado gaseoso

Incrementando aún más la temperatura, se alcanza el estado gaseoso. Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.El estado gaseoso presenta las siguientes características

Cohesión casi nula. No tienen forma definida. Su volumen es variable dependiendo del recipiente que lo contenga. Pueden comprimirse fácilmente. Ejercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor. Las moléculas que lo componen se mueven con libertad. Ejercen movimiento ultra dinámico.

Estado plasmático

El plasma es un gas ionizado, es decir que los átomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones. De esta forma el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por aniones y cationes (iones con carga negativa y positiva, respectivamente), separados entre sí y libres, por eso es un excelente conductor. Un ejemplo muy claro es el Sol.En la baja Atmósfera terrestre, cualquier átomo que pierde un electrón (cuando es alcanzado por una partícula cósmica rápida) se dice que está ionizado. Pero a altas temperaturas es muy diferente. Cuanto más caliente está el gas, más rápido se mueven sus moléculas y átomos,(ley de los gases ideales) y a muy altas temperaturas las colisiones entre estos átomos, moviéndose muy rápido, son suficientemente violentas para liberar los electrones. En la atmósfera solar, una gran parte de los átomos están permanentemente «ionizados» por estas colisiones y el gas se comporta como un plasma.A diferencia de los gases fríos (por ejemplo, el aire a temperatura ambiente), los plasmas conducen la electricidad y son fuertemente influidos por los campos magnéticos. La lámpara fluorescente, contiene plasma (su componente principal es vapor de mercurio) que calienta y agita la electricidad, mediante la línea de fuerza a la que está conectada la lámpara. La línea, positivo eléctricamente un extremo y negativo, causa que los iones positivos se aceleren hacia el extremo negativo, y que los electrones negativos vayan hacia el extremo positivo. Las partículas aceleradas ganan energía, colisionan con los

átomos, expulsan electrones adicionales y mantienen el plasma, aunque se recombinen partículas. Las colisiones también hacen que los átomos emitan luz y esta forma de luz es más eficiente que las lámparas tradicionales. Los letreros de neón y las luces urbanas funcionan por un principio similar y también se usaron en electrónicas. []

CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

Se denomina a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso; no obstante, el estado de agregación más común en nuestro universo es el plasma, material del que están compuestas las estrellas (si descartamos la materia oscura).

A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia.

Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica; durante este proceso isotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido.

Ejemplo: fusión de la cera

Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

Ejemplo: Los cubos de hielo

Vaporización: Es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión al continuar calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

Ejemplo vaporización del agua

La evaporación se produce a cualquier temperatura, aunque es mayor cuanto más alta es la temperatura. Es importante e indispensable en la vida cuando se trata del agua, que se transforma en vapor de agua y al condersarse en nube, volviendo en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.Cuando existe un espacio libre encima de un líquido caliente, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende de la temperatura.

Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.

Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina Cristalización inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

Es importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias es de que éstas no se transforman en otras sustancias ni sus propiedades, solo cambia su estado físico.Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y provechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan normalmente.Los cambios de estado están divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.Cambios progresivos: Vaporización, fusión y sublimación progresiva. Cambios regresivos: Condensación, solidificación y sublimación regresiva

El siguiente esquema resume los cambios de estado que puede sufrir una sustancia:

CARACTERISTICAS Y MANIFESTACIONES DE LA ENERGÍA

La materia puede tener energía potencial y energía cinética.

Energía potencial. es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración.

Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra o .

Energía cinética. Es aquella energía que posee un cuerpo debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra Ec o Ek (a veces también T o K).

Otras formas de energía son: radiante, química, núclear, eléctrica, calorífica, hidráulica, eólica.