1er año

Ciencias Naturales

La materia y sus propiedades

Profesor: Marcelo Quiroz

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La materia

La amistad de tus compañeros, el color de los ojos o la simpatía de tu amigo son cosas inmateriales, que

no puedes ver o tocar. Por otro lado estás rodeado de cosas que puedes ver: tus propios compañeros, las

sillas y pupitres del aula, la pizarra, etc. Otras, aunque no puedas verlas, puedes oírlas, como los coches y

motocicletas que pasan por la calle. Algunas, incluso sin verlas u oírlas, las sientes, como el aire. Todas las

cosas que puedes ver, oír, tocar están formadas por materia. Podemos decir que materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. Algunas cosas son tan pequeñas que no podemos verlas sin la ayuda de un

microscopio. Otras están tan lejos que necesitamos un telescopio para poder observarlas. Incluso

existen cosas que no podemos percibir pero cuya existencia podemos deducir por los efectos que

producen, como los planetas lejanos o los agujeros negros. Pero no por eso dejan de estar constituidas

por materia. Toda la materia está formada por átomos y moléculas y, por tanto, tiene masa y volumen. Así, para saber si algo está constituido por materia, sólo debemos preguntamos si está formado por

átomos y moléculas. La mayoría de las cosas materiales tienen una forma y unos límites definidos: la

mesa en la que comes o escribes, la silla en la que te sientas, la sábana que te tapa por la noche. Son

cuerpos. Un cuerpo es una porción de materia con una forma y unos límites perfectamente definidos.

Otras cosas, por el contrario, no tienen forma ni límites precisos. El aire que respiras, el agua que forma

los mares y océanos o la leche que contiene el vaso que desayunas no tienen unos límites precisos y, por

tanto, no son cuerpos. Pero aunque no podamos definir unos límites precisos, siempre podemos aislar un

trozo o una porción.

La materia, cuerpos y los materiales Vivimos en un sector del universo formado por materia: los seres vivos, una computadora, el agua,

los alimentos, la ropa, el Sol, incluso el aire están constituidos por materia. Pero no toda la materia es

igual, sino que puede formar diferentes materiales, Los materiales son los distintos tipos de materia que

se puede encontrar, es decir de que están hechos. Basta con observar a nuestro alrededor para

descubrir infinidad de materiales: el plástico, el papel, el acero, la carne, el agua, el azúcar y el vidrio son

solamente algunos ejemplos. Un cuerpo por otro lado está constituido por una

porción limitada de materia que puede a su vez estar constituido por distinto

materiales, un ejemplo puede ser una silla que es un cuerpo construido por un

material como la madera, también puede ser de plástico o de aluminio. Los

materiales se encuentran en la naturaleza formando cuerpos. Un cuerpo es

una porción de material que posee límites definidos. En algunos casos, es fácil

distinguir un cuerpo, como sucede con un lápiz o un árbol; en otros, resulta un

poco más complicado, como cuando se trata de establecer los límites del

cuerpo de agua de una laguna. Los materiales que forman los cuerpos

presentan diferentes características. Una pelota, por ejemplo, puede estar

fabricada con cuero, con plástico o goma. Cada uno de estos materiales posee

sus propias características, que hacen que la pelota sea más apropiada para determinados usos, y no para otros.

Observe atentamente a su alrededor. Seguramente encontrará muchos objetos como los que aparecen en

las siguientes imágenes:

Cada uno de estos objetos forman un cuerpo porque tienen una cantidad limitada de materia, y a su vez están formados por distintos materiales ¿Puedes identificar cuales?

>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 1, 2 y 3 de la guía!

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Los sistemas materiales

Se llama sistema material a una porción limitada de la realidad circundante - universo- que se separa, real o imaginariamente, para su estudio. Pueden ser ejemplos de sistemas materiales: para un físico

nuclear dos protones que interactúan; para un astrónomo la vía láctea; para un químico una reacción que

se realiza en un Erlenmeyer, etc. Aun cuando el sistema ha sido separado del universo (ambiente) que lo

rodea, queda circundado por un medio. Cuando se estudia un sistema material dicho medio debe ser

considerado. Por ejemplo: si se coloca un recipiente que contiene un gas en un baño con agua a temperatura constante (un termostato), el gas es el sistema que se está estudiando y el termostato el

medio: los límites del sistema son las paredes del recipiente que contiene el gas. En función del pasaje de masa y energía entre el sistema y el medio, estos pueden clasificarse en: abierto, cerrado y aislado.

Sistema Abierto: hay transferencia de masa y energía entre el sistema y el medio o viceversa. En este

sistema, la masa de agua recibe calor -energía térmica- procedente de su medio, simultáneamente parte

de la masa de agua convertida en vapor pasa al medio. Sistema Cerrado: solamente hay intercambio de energía entre el sistema y el medio o viceversa. El agua

que se calienta dentro de un Erlenmeyer tapado constituye un sistema cerrado.

Hay transferencia de calor como en el caso anterior, pero como el vapor del agua no puede escapar, no

hay transferencia de masa. Sistema Aislado: no hay pasaje de masa ni de energía del sistema al medio o viceversa.

Propiedades intensivas y extensivas

Las propiedades de las sustancias se clasifican de

diversas maneras. Uno de los criterios de clasificación las

divide en propiedades extensivas e intensivas:

Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la

cantidad de materia considerada, por ejemplo: la longitud y la

masa, el volumen. Si en un recipiente hay 50 g de sal de mesa

y, en otro 100g, y se colocan los dos contenidos en un tercer

envase, se obtienen 150g de sal. La masa varió en función de

la cantidad.

Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de

materia considerada; por ello son muy buenos indicadores

para poder reconocer una sustancia.

Algunas propiedades intensivas son poco confiables para

identificar sustancias: por ejemplo, el color, el sabor, el

brillo, el olor, el aspecto (límpido, turbio) o la textura (suave, áspera, resbaladiza). Son poco confiables

porque no son exclusivas de cada sustancia. Puede haber dos sustancias que tengan color similar, o brillo,

etc. Pero otras propiedades intensivas resultan muy buenos indicadores para reconocer sustancias

porque son propias de cada una. Por ello, se las denomina constantes físicas. Son contantes físicas: la densidad, los puntos de ebullición y de fusión.

>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 4 y 5 de la guía!

>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 6, 7 y 8 de la guía!

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Algunas propiedades extensivas

La masa y el peso La masa se define como la cantidad de

materia que forma un cuerpo. Si se comparan dos

cuerpos de diferente tamaño formados por el mismo

material, se puede asegurar que el más grande tiene

una masa mayor que el más pequeño. Por ejemplo, una

silla posee una masa mayor que un lápiz, ya que está

constituida por más madera que este. Para conocer la

masa de un cuerpo, habitualmente se emplea una balanza de platillos. La unidad de masa es el kilogramo

(kg). No obstante, según la cantidad de materia que se quiera medir, pueden emplearse el gramo (g) o el

miligramo (mg), para cantidades de material muy pequeñas, o bien la tonelada (t), para grandes

cantidades de materia. La masa no debe confundirse con el peso, ya que se trata de dos propiedades

diferentes. Mientras el peso depende de la fuerza de gravedad con que es atraído un cuerpo, la masa no

varía con ella. En el espacio exterior, donde la gravedad es prácticamente nula, un astronauta casi no

tendría peso; en cambio, su masa sería la misma que en la Tierra, porque la cantidad de materia que

forma su cuerpo no varía. Sin embargo, en la Tierra, la gravedad es similar en todas partes, por lo que el resultado numérico del peso y la masa resultan en la práctica iguales.

El volumen

Además de tener masa, los cuerpos ocupan lugar

en el espacio; por eso se dice que poseen volumen. El

volumen es otra propiedad extensiva de los materiales.

Representa la cantidad de espacio que ocupa la masa de

un cuerpo, y que, lógicamente, no puede ser ocupado por

otro cuerpo al mismo tiempo. Es importante tener en

cuenta que algunos cuerpos son huecos, por lo que es

posible rellenarlos con otro material. Por ejemplo, un vaso

se puede llenar de líquido. Cuando se dice que está

"vacío", en realidad está lleno de aire, que también es un

material. El volumen de líquido o gas que puede contener un recipiente se llama capacidad.

Algunas propiedades intensivas

La densidad

Si se toman 200 cm2 de agua y se calcula su masa en una balanza, esta indicará 200 g. Si se repite el

procedimiento con 300 cm2 de agua, esta vez el resultado será 300 g. Esto significa que en un mismo

material, la masa y el volumen son proporcionales: cuanto mayor sea el volumen de un material determinado, mayor será la masa de ese mismo material.

La densidad es la cantidad de materia que hay en una unidad de volumen de determinado material.

>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 9, 10 y 11 de la guía!

>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 12 de la guía!

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La densidad es específica

para cada material. Por

ejemplo, si se tiene un

objeto de hierro que ocupa

un volumen de 100 cm2 y

tiene una masa de 785 g,

mediante la aplicación de la

fórmula es posible calcular

que la densidad de ese

material es de 7,85 g/cm2.

La densidad es una

propiedad que se halla

directamente relacionada

con la flotación. Un cuerpo sólido cuya densidad es mayor que la de un líquido se hunde al introducirlo en

él. Por el contrario, si la densidad del cuerpo es menor que la del líquido, flota. Por eso los barcos se

construyen con un fondo amplio, de forma tal que haya aire en su interior. Así, la densidad promedio del barco es mucho menor que la del agua y puede flotar en ella.

La solubilidad

Cuando se le agrega azúcar al té y se revuelve,

pareciera que el azúcar desaparece, ya que no es posible verla.

Lo que sucede es que, dentro del té, el azúcar se ha dividido en

pequeñísimas partes que no podemos ver. Se dice que el azúcar

se ha disuelto en el té. Si se sigue agregando azúcar, llegará un

momento en que, por más que se revuelva, una parte caerá al

fondo y se hará visible. Cuanto más caliente se encuentre el té,

más azúcar podrá disolver. La capacidad de un determinado

material para disolverse en otro se llama solubilidad.

Frecuentemente se define la solubilidad de un material en agua

indicando la temperatura correspondiente. Por ejemplo, a 10°C,

la solubilidad del azúcar en agua es de 200 gramos por litro. El material que es disuelto se denomina

soluto, mientras que el material que disuelve se llama solvente. En el ejemplo, el azúcar es el soluto y el

agua es el solvente. El conjunto de soluto y solvente recibe el nombre de solución. En general, es fácil

distinguir entre el soluto y el solvente, ya que el primero está en menor proporción que el segundo. No

todos los materiales se disuelven en el agua. Si se introduce una gota de aceite en agua, por más

enérgicamente que se revuelva, el aceite siempre quedará visible. En cambio, si se mezcla aceite con

nafta, no será posible distinguirlos. Esto se debe a que la solubilidad depende de los materiales que se

ponen en contacto. El aceite es soluble en nafta, pero no lo es en agua; en cambio, el azúcar es soluble en

agua. Un material puede ser soluble en un solvente, e insoluble en otro material.

Las propiedades organolépticas: Son aquellas que pueden ser captadas por los sentidos; olor, color,

sabor, brillo, transparencia u opacidad.

Otras propiedades intensivas son el punto de fusión y del punto de ebullición característico de cada

sustancia ya que no se modifica según la cantidad de materia.

La capacidad de conducción de energía eléctrica hace que los materiales sean conductores o aislantes,

respectivamente. Debido a las propiedades magnéticas, ciertos metales son atraídos por imanes.

>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 13 y 14 de la guía!

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Los estados de agregación de la materia

En la naturaleza, los materiales pueden presentarse en tres estados físicos o de agregación

principales: sólido, líquido o gaseoso. El estado de agregación de un material depende del modo en que se relacionan las partículas que lo forman.

En el estado sólido, las partículas se atraen mucho entre sí. Por eso ocupan un lugar fijo en el espacio,

muy cerca unas de otras; el único movimiento que pueden realizar es el de vibrar en su lugar. En

consecuencia, los sólidos poseen una forma y un volumen propios. Por ejemplo, no es posible comprimirlos para que disminuya su volumen. Se dice que los sólidos son incompresibles.

En el estado líquido, las partículas no ocupan una posición fija en el espacio. Debido a que las fuerzas de

atracción entre ellas son menores, las partículas se mueven conjuntamente, rodando unas sobre otras.

Por ejemplo, si se tiene un determinado volumen de agua en una copa, el agua adopta la forma de la copa;

si se la trasvasa a un florero, la cantidad de agua no variará, pero sí lo hará la forma. Los líquidos, por lo

tanto, tienen volumen propio, pero se adaptan a la forma del recipiente que los contiene. Si bien sus

partículas están más alejadas entre sí que en el estado sólido, aún están muy cerca unas de las otras; por eso, los líquidos son prácticamente incompresibles.

En el estado gaseoso, las fuerzas de atracción entre las partículas son casi inexistentes, por lo que

estas se mueven rápidamente, tratando de ocupar todo el espacio disponible y alejándose unas de otras.

En este movimiento desordenado, las partículas chocan entre sí y contra todo lo que haya su alrededor.

Por lo tanto, los gases no tienen forma ni volumen propios. Si se encierra un gas en una garrafa de 5L,

adopta la forma de la garrafa y ocupa un volumen de 5L.Si se lo traspasa a un tubo de 10L, tomará la

forma del tubo y su volumen será de 10L.Pero también se lo podría guardar en una garrafa de 2L, ya que existe mucho espacio vacío entre las partículas; por eso se dice que los gases son compresibles.

La materia se presenta en tres estados de agregación sólido, líquido y gaseoso. Muchos materiales cambian de estado en

diferentes condiciones. A continuación se detallan algunos de los cambios de estado más habituales.

: es el cambio de estado de solido a líquido. En el vocabulario cotidiano se hace referencia a este cambio de estado cuando

se dice que algo se derrite.

es el cambio inverso a la fusión, es decir, el cambio de estado líquido a sólido. Cuando se forman cubitos de

hielo, el agua se solidifica.

: es el pasaje de estado líquido a gaseoso. Este cambio puede ser lento o rápido. Si se produce en forma lenta,

cuando, por ejemplo, se seca un charco de agua después de la lluvia o cuando se tiende la ropa lavada para que se seque; se dice que

el líquido se evapora. La evaporación ocurre en cualquier rango de temperaturas en el que el material es líquido. El proceso será más

rápido al aumentar la temperatura.

Cuando un líquido hierve, el cambio de estado se da de manera

rápida, lo que se puede observar por la formación de burbujas del

material que pasa de estado líquido a gaseoso. Este cambio es una

forma de vaporización que recibe el nombre de ebullición y se

produce a una determinada y específica para cada material, el

punto de ebullición (PE). La evaporación y la ebullición son dos

formas diferentes en las que se puede producir la vaporización.

: es el pasaje de estado gaseoso a líquido en

forma natural. Cuando el agua en estado gaseoso (vapor de agua)

toma contacto con superficies más frías, se condensa, y pasa al

estado líquido. Esto es lo que ocurre cuando en invierno se

"empañan" los vidrios de las ventanas.

es el cambio de estado sólido a gaseoso sin

pasar antes por el estado líquido. Esto es lo que sucede con las

bolitas de naftalina que se colocan en la ropa para evitar que sea

atacada por las polillas.

es el cambio inverso a la volatilización, es decir,

de gaseoso a sólido.

>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 15, 16 y 17 de la guía!

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>>>>> ¡Resuelve en la carpeta la actividad 18, 19, 20 y 21 de la guía!

Las transformaciones de los materiales

Continuamente ocurren transformaciones en los materiales

que nos rodean. Algunas de esas transformaciones son sencillas; por

ejemplo, al cortar una hoja de papel se obtienen trozos de papel:

independientemente de la cantidad de trozos que se corten, el papel

sigue siendo papel. De manera semejante, al congelar agua, el hielo

sigue siendo agua; y, al cortar un tronco para fabricar una silla, la

silla sigue siendo de madera. A estos cambios, en los que el material

sigue siendo el mismo antes y después de producido el cambio, se los

conoce como transformaciones físicas. Por el contrario, si el papel se

utiliza para prender fuego, finalmente se obtendrá humo, gases

calientes y cenizas. En este caso, el papel deja de ser papel para

transformarse en otros materiales. Al cocinar, se producen infinidad

de trasformaciones de este tipo: por ejemplo, los ingredientes que se emplean para la preparación de una

torta se combinan entre sí y se convierten en otros materiales. A estos cambios, en 105 que 105

materiales se convierten en otros, selos conoce como transformaciones químicas. Existen ciertas

características que pueden indicar si se ha producido o no una transformación química, como los cambios

de olor, de color y de sabor. Sin embargo, no siempre es fácil determinar a simple vista si ha ocurrido en

verdad un cambio químico. La forma más segura consiste en analizar los materiales en el laboratorio, para ver si son los mismos que había antes del cambio, o si se trata de otros.

La diferencia entre los cambios físicos y químicos radica en lo siguiente:

En las transformaciones físicas prácticamente no se alteran las propiedades de la materia, mientras

que en las químicas las alteraciones son significativas.

Los cambios físicos se mantienen mientras actúen las causas que los originen. Las transformaciones

químicas son siempre permanentes.

Las transformaciones físicas producen una muy pequeña variación de energía. Por el contrario, los

cambios químicos generan una importante variación de energía.

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Actividades

1- Lee el texto ”La materia” y completa con tres características que definan la materia

2- Observa el cuadro que se encuentra en la parte inferior y completa con los datos

requeridos. Dar al menos tres ejemplos de cada uno.

3- Busca cinco ejemplos de cuerpos formados por el mismo material, y busca cinco materiales

que formen el mismo cuerpo.

4- El conjunto de imágenes que se presenta a continuación representan ejemplos de sistemas

abiertos. Describa que tipo de intercambio realiza cada uno.

5- Observa la siguiente tira de imágenes, analiza cada una de ella y propone a qué tipo de

sistema pertenecen. Justifica tu respuesta.

CUERPO MATERIAL

DEFINICIÓN

EJEMPLOS

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6- Realice un cuadro comparativo entre propiedades intensivas y extensivas

7- Observa los siguientes cuerpos y luego idea y escribe dos propiedades intensivas y dos

propiedades extensivas de cada uno de ellos:

8- Las siguientes fraces hacen mención a alguna PROPIEDAD de un MATERIAL, marca con una

“E” aquellas que hagan referencia a una propiedad EXTENSIVA y con una “I” las que traten

de una propiedad INTENSIVA.

9- Anota en tu carpeta las definiciones de cada una de estas palabras:

MASA PESO VOLUMEN

10- A partir de los siguientes cuerpos, responde las preguntas más abajo presentadas.

a. ¿El material que forma los dos cuerpos es el mismo? b. Si el volumen de los dos autitos es el mismo ¿Su peso tambien lo sera? c. Si el volumen de los dos autitos es el mismo ¿Su masa tambien lo sera? d. ¿Seria correcto afirmar que a igual masa igual peso? ¿Por qué? e. ¿La masa del autito de plastico en la Tierra sera la misma que en la Luna? ¿Por qué? f. ¿El peso del autito de plastico en la Tierra sera la misma que en la Luna? ¿Por qué?

11- Resuelve las preguntas que diferencian entre el

peso y la masa. ¿Cuál de estos instrumentos mide la masa y por que?

¿Qué se toma en cuenta a la hora de medir el peso?

Sabiendo que la gravedad en la Tierra y la Luna es diferente.

¿podemos decir que el peso de una persona es el mismo en laTierra

que en la Luna? ¿Y qué sucede con la masa?

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12- Lee el texto que aparece a continuación y responde las consignas.

“Arquímedes y el problema de la corona de oro del rey Hierón”

n el siglo III a.C., el rey Hierón II gobernaba Siracusa. Siendo un rey ostentoso, pidió a un orfebre que le crease una hermosa corona de oro, para lo que le dio un lingote de oro puro. Una vez el orfebre hubo terminado, le entregó al rey su deseada corona. Entonces las dudas comenzaron a asaltarle. La corona pesaba lo mismo que un lingote de oro, pero ¿y si el orfebre

había sustituido parte del oro de la corona por plata para engañarle? Ante la duda, el rey Hierón hizo llamar a Arquímedes, que vivía en aquel entonces en Siracusa. Arquímedes era uno de los más famosos sabios y matemáticos de la época, así que Hierón creyó que sería la persona adecuada para abordar su problema. Arquímedes desde el primer momento supo que tenía que calcular la densidad de la corona para averiguar así si se trataba de oro puro, o además contenía algo de plata. La corona pesaba lo mismo que un lingote de oro, así sólo le quedaba conocer el volumen, lo más complicado. El rey Hierón II estaba contento con la corona, y no quería fundirla si no había evidencia de que el orfebre le había engañado, por lo que Arquímedes no podía moldearlo de forma que facilitara el cálculo de su volumen. Un día, mientras tomaba un baño en una tina, Arquímedes se percató de que el agua subía cuando él se sumergía. Sin ni siquiera pensar en vestirse, Arquímedes salió corriendo desnudo por las calles emocionado por su descubrimiento, y sin parar de gritar ¡Eureka! ¡Eureka!, lo que traducido al español significa “¡Lo he encontrado!”. Sabiendo el volumen y el peso, Arquímedes podría determinar Según el volumen del material cuanto agua desplaza cada uno. Así tomó una pieza de plata del mismo peso que la corona, y otra de oro del mismo peso que la corona. Llenó una vasija de agua hasta el tope, introdujo la pieza de plata y midió la cantidad de agua derramada. Después hizo lo mismo con la pieza de oro. De este modo, determinó qué volumen equivalía a la plata y qué volumen equivalía el oro. Repitió la misma operación, pero esta vez con la corona hecha por el orfebre. El volumen de agua que desplazó la corona se situó entre medias del volumen de la plata y del oro. Ajustó los cálculos y determinó de forma exacta la cantidad de plata y oro que tenía la corona, demostrando así ante el rey Hierón II que el orfebre le había intentado engañar.

A ¿Qué le pide Hieron a Arquímedes? B ¿De qué forma ayuda el volumen a Arquimedes a cumplir su cometido? C ¿Qué diferencia hay entre el volumen del oro con el de la plata?

13- Explica el concepto de flotabilidad de un barco a partir del concepto de densidad.

14- De un ejemplo de la vida cotidiana donde sea importante la propiedad de disolución.

Identifique en el ejemplo cual es el soluto y cual el solvente.

15- ¿Qué características presentan las partículas tanto en estado líquido, sólido como

gaseoso?

E

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16- Coloca las siguientes palabras en el cuadro.

Sal - petróleo – arena – cobre – plástico - oxígeno – cal – agua de río

nafta – aire – aluminio – agua de mar – lava – roca – nube

17- Observa el siguiente cuadro, completa con el estado de la materia que corresponda y con

cambio de estado que consideres adecuado.

18- Observa los dibujos que aparecen en la página 6, descubre a que tipo de transformación

se refiere cada uno de ellos. También clasifica si son transformaciones físicas o químicas.

19- Realiza un cuadro comparativo entre transformaciones físicas y químicas.

20- Busca dos ejemplo propios de transformaciones físicas y químicas que encuentres en la

vida cotidiana. Explica y justifica cada uno de ellos

21- Las siguientes afirmaciones pueden o no tener errores. Corríjalas y escríbalas

correctamente en caso de ser incorrectas.

a) En las transformaciones químicas el material sigue siendo el mismo.

b) Al mezclar vinagre con bicarbonato de sodio se genera una transformación física.

c) Fumar un cigarrillo genera un cambio físico

d) La oxidación de clavos es un cambio físico

e) Todas las transformación químicas son reversibles

f) Comer un alfajor representa una transformación química.