MATERIA.-

Se llama materia a cualquier tipo de entidad que es parte del universo observable y

tiene energa asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y con una localizacin

espaciotemporal compatible con las leyes de la naturaleza.

Se considera que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan, as: ocupa un

lugar en el espacio, tiene masa y perdura en el tiempo.

En el contexto actual se entiende por materia cualquier campo, entidad, o discontinuidad

traducible a fenmeno perceptible que se propaga a travs del espacio-tiempo a una velocidad

igual o inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energa. As todas las formas de

materia tienen asociadas una cierta energa pero slo algunas formas de materia tienen masa.

Para nuestro inters es importante describir algunos criterios adicionales; en Qumica

Materia Msica.- Est jerrquicamente organizada en varios niveles y sub-niveles, puede ser

estudiada desde puntos de vista macroscpico y microscpico.

Nivel macroscpico. Se lo puede entender como un agregado de molculas, stas a su

vez son agrupaciones de tomos que forman parte del nivel microscpico. Los niveles

microscpicos permiten descomponer los tomos en constituyentes ms elementales,

as;

- Electrones: partculas leptnicas con carga elctrica negativa.

- Protones: partculas barinicas con carga elctrica positiva.

- Neutrones: partculas barinicas sin carga elctrica (con momento magntico).

Con este conjunto de partculas subatmicas que acaban finalmente en los constituyentes

ltimos de la materia. As, los barines del ncleo (protones y neutrones) los que se mantienen

unidos por la presencia de un campo escalar formado por piones (bosones de espn cero). Los

protones y neutrones no son partculas elementales, sino que tienen constituyentes de menor

nivel llamados quarks (se mantienen unidos mediante el intercambio de gluones).

Nivel macroscpico. La materia msica se presenta en las condiciones imperantes en

uno de cuatro estados de agregacin molecular: slido, lquido, gaseoso y plasma. De

acuerdo con la teora cintica molecular la materia se encuentra formada por

MOLCULAS y stas se encuentran animadas de MOVIMIENTO, el cual cambia

constantemente de direccin y VELOCIDAD cuando chocan o bajo el influjo de otras

interacciones fsicas. Debido a este movimiento presentan: energa cintica que tiende

a separarlas, pero tambin tienen una energa potencial que tiende a juntarlas. En

consecuencia el estado fsico de una sustancia puede ser:

- Estado Slido. Si la energa Cintica es menor que la Energa Potencial.

- Estado Lquido. Si la Energa Cintica y Energa Potencial son aproximadamente

igual.

- Estado Gaseoso. Si la Energa Cintica es mayor que la Energa Potencial.

- Plasma. Si la Energa Cintica es tal que los electrones tienen una energa total

positiva.

La manera ms adecuada de definir materia msica es describiendo sus cualidades:

- Presenta dimensiones y ocupa un lugar en un espacio-tiempo determinado.

- Presenta inercia: resistencia que opone la materia a modificar su estado de

reposo o movimiento.

- La materia es la causa de la gravedad o gravitacin, que consiste en la

atraccin que acta siempre entre objetos materiales aunque estn separados

por grandes distancias.

Propiedades. Todo cuerpo sin distincin presentan propiedades, las que se clasifican en

propiedades extensivas e intensivas. Las primeras su valor depende de la cantidad de materia,

tal es el caso de la masa, peso, volumen, la inercia, etc.

Considere un conjunto de magnitudes intensivas y un conjunto de magnitudes

extensivas , y sea la funcin representa otra magnitud extensiva si para

cualquier valor de

Por tanto, las magnitudes extensivas son funciones homogneas de grado uno con respecto a . Se aplica el Teorema de Euler sobre funciones homogneas

1.

La derivada parcial, se considera con respecto a todas las magnitudes excepto las de , si una

funcin no obedece a la relacin indicada, entonces no es una magnitud extensiva.

Las propiedades intensivas, son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del

tamao de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al dividir el sistema inicial en

varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas, entre las que se mencionan:

temperatura, presin, velocidad, el volumen especfico (volumen ocupado por la unidad de

masa), punto de ebullicin, punto de fusin, densidad, viscosidad, dureza, concentracin,

solubilidad, olor, color, sabor, etc.

ESTADOS DE LA MATERIA (Estado de Agregacin de la Materia).

El estado de la materia depende fundamentalmente de las condiciones de temperatura y

presin a la cual se encuentra el cuerpo objeto de estudio

En el caso particular del agua, se puede explicar fcilmente estas caractersticas fsicas de la

materia. Es as como, el agua por debajo de los cero grados centgrados y a una atmsfera de

presin se encuentra en estado slido, si se incrementa la temperatura se aprecia que cambia

su estado y se convierte en un lquido, si se alcanza los cien grados centgrados, se encuentra

en estado de vapor. Se puede representar esto de la siguiente manera:

1 L. Romo, Termodinmica Qumica, Ed. Universitaria.

Si se enfra el vapor, este se condensa, es decir vuelve a lquido que se conoce como

condensacin, si se alcanza el cero grados se produce un fenmeno de congelacin volviendo

el agua a estado slido.

a) El estado slido se caracteriza por tener forma y volumen constantes, esto se

debe a que los tomos que lo conforman estn unidos por fuerzas de atraccin grandes de

modo que ocupan posiciones fijas, en este estado los tomos o molculas solamente pueden

vibrar u oscilar pero no tienen movimiento de traslacin (no se mueven libremente a lo largo

del slido). Existen slidos cristalinos y amorfos, los primeros se caracterizan por ser

reticulares esto significa que sus tomos o molculas que lo constituyen estn ordenados de

manera regular. Una base para clasificar los slidos cristalinos es la naturaleza de las fuerzas

que mantienen unidos a los tomos en el ordenamiento de la red cristalina. La energa de

cohesin de los tomos en un cristal, depende de las fuerzas de enlace dominante de estos

tomos. Los slidos cristalinos pueden ser de carcter inicos, covalentes, moleculares o

metlicos. En cambio en un slido amorfo, los tomos o molculas estn distribuidas al azar y

cuyas caractersticas fsicas son idnticas en todas las direcciones (isotropa), constan de una

temperatura conocida como vtrea, a la cual sus propiedades suelen experimentar cambios

importantes. Una de las caractersticas de los slidos amorfos es la temperatura de fusin que

tiene puntos indefinidos, esto se debe a que debido a la disposicin de los tomos o

molculas, stas tienen diferentes fuerzas intermoleculares, alcanzando la fusin a distintas

temperaturas, tal es el caso de vidrio.

b) El estado lquido, es el estado de la materia cuya caracterstica es tener una

densidad y volumen definidos, pero sin una forma en particular, esta puede ser variada

fcilmente si es sometido a una fuerza. El volumen de un lquido est fijado por su

temperatura y presin, a pesar que el coeficiente de compresibilidad del lquido es mnima. En

trminos generales, la forma del lquido est definida por el recipiente que lo contiene. Los

tomos o molculas que lo conforman, tienen menor energa en forma de calor que en su

estado gaseoso lo que les permite unirse con firmeza por electromagnetismo con otras

(tomos o molculas iguales generando cohesin o distintas generando adhesin) con cierta

coherencia en la cercana, sin que dichas uniones sean rgidas, en consecuencia no generan

estructuras particulares (estructura de tipo slido), lo que le permite al lquido adoptar la

forma del recipiente que lo contiene. Dependiendo de la complejidad de los tomos o

molculas que forman la sustancia y a la proporcin de energa en forma de calor, se realizarn

las uniones moleculares que presentarn una resistencia determinada a fluir, desplazarse o ser

extendidos, es decir, viscosidad. Por otra parte, los lquidos tienen mayor energa que el de

sus enlaces, lo que les permite fcilmente vibrar, tener movimiento, deslizarse y separarse de

forma libre entre s y entre otras partculas, sin adoptar una forma definida y sin repelerse

fuertemente entre s, permitiendo a la sustancia la capacidad de fluir, es decir, la posibilidad de

deformarse para pasar por cualquier orificio o agujero sin necesidad de ejercer una tensin

mecnica. Estas dos circunstancias de energa le permite a las partculas de los lquidos generar

uniones y romperlas rpidamente. Cuando una molcula de un lquido se separa del resto,

tiene una alta probabilidad de encontrarse con una del mismo material para volver

a generar uniones. Los lquidos se forman cuando partculas energizadas (de un gas) se

consolidan en un espacio determinado, a temperatura y presin constantes,

perdiendo energa en forma de calor, e iniciando un proceso de condensacin con la

posibilidad de que dichas partculas puedan interactuar entre s por medio de uniones

electromagnticas hasta constituir un arreglo o sustancia. Al igual que los gases, los lquidos

fluyen. Bajo la accin de la gravedad tambin tomarn la forma del recipiente que los

contiene, sin embargo, como sus partculas no se dispersan ni se repelen, no llenan el espacio

del recipiente que los contienen sino que conservan una densidad generalmente constante

formando una superficie. Dentro de un lquido, cada molcula es empujada igualmente en

todas direcciones por las molculas vecinas, resultando en una fuerza neta de cero, con un

menor estado de energa que las partculas en la superficie cuyas fuerzas a las cuales est

sometida una molcula en la superficie es asimtrica en consecuencia este fenmeno genera

la tensin superficial. Las molculas de un lquido ejercern presin a los lados del recipiente

que lo contiene as como en cualquier objeto dentro de dicho lquido. En un recipiente

sellado, la presin quedar distribuida de forma homognea en toda la superficie del

contenedor. Bajo una gravedad constante y con una densidad uniforme, a mayor profundidad

dentro del lquido, habr mayor presin.

En el caso de los lquidos cuando se mezclan dos lquidos el resultado puede ser que sean

miscibles, inmiscibles o parcialmente miscibles, tema que ser considerado mas adelante.

c) El estado gaseoso. Es un tema que se lo considera con mayor profundidad en la

Unidad III de este curso, sin embrago y para conocimiento general o ms bien para recordar un

poco sobre este tpico, diremos que los gases al igual que los lquidos, no tienen forma fija,

pero a diferencia de stos tampoco, su volumen es fijo. Son fluidos, en los gases las fuerzas

que mantienen unidas a las molculas son nfimas, las molculas que conforman un gas se

mueven de forma desordenada y al azar, con colisiones tanto entre ellas como con las paredes

del recipiente que lo contienen. En consecuencia tienen coeficientes con expansin y

compresin muy altas comparadas con el lquido y el slido, de hecho la compresibilidad tiene

un lmite.

SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS: ELEMENTOS Y COMPUESTOS.

El primer qumico que habla sobre los elementos qumicos fue Boyle (1627-1691) pensaba que

la qumica debe fundamentarse en el experimento y que solo el anlisis permite conocer los

verdaderos elementos.

Un elemento es una sustancia que no puede descomponerse.

Un compuesto es una sustancia que puede descomponerse en elementos.

Los elementos y los compuestos son composiciones qumicas cuyas relaciones entre los

elementos que los conforman son fijas, en cambio la mezcla se diferencia por no serlo.

La definicin de elemento, sustancia simple, que ofrece Lavoisier (1743-1794)2 en su "Trait

lmentaire de Chimie" coincide con la que formul Boyle un siglo antes. En trminos actuales,

un elemento qumico es una sustancia que por ningn procedimiento, ni fsico ni qumico,

puede separarse o descomponerse en otras sustancias ms sencillas. Para Lavoisier , y para la

2 Antoine-Laurent de Lavoisier fue un qumico, bilogo y economista francs, considerado el creador de la qumica moderna, junto a su esposa, la cientfica Marie-Anne Pierrette Paulze, por sus estudios sobre la oxidacin de los cuerpos, el fenmeno de la respiracin animal.

qumica del siglo XVIII, las sustancias simples se agrupaban en cuatro grupos, sustancias que

pueden considerarse como elementos de los cuerpos, sustancias no metlicas oxidables y

acidificables, sustancias metlicas oxidables y acidificables y sustancias solidificables trreas3.

La qumica formal considero que inicia con el mdico-qumico francs Jean Rey (1583-1645),

cuando al trabajar con plomo y estao, observa que al calcinarlo (oxidarlo) se incrementa el

peso del material, lo que supone que el aire es el que se incorpora en el metal. Esta hiptesis

fue confirmada posteriormente por Lavoisier en 1789. El descubrimiento del peso del aire hizo

que posteriormente Torricelli compruebe esta propiedad cuando desarrolla el principio del

barmetro. En 1643, Torricelli utiliz el mercurio hacindolo ascender en un tubo cerrado,

creando vaco en la parte superior, empujado por el peso del aire de la atmsfera. Demostr

que el aire tiene peso, e invent el barmetro. Luego dijo:4 Henry Cavendish (1731-1810), su

contribucin mas importante en qumica fue los tratados de la composicin del aire y del agua,

adems se preocupo por valorar la densidad de la Tierra. Sus primeros trabajos trataban sobre

el calor especfico de las sustancias. En 1766 descubri las propiedades del hidrgeno. Su

trabajo ms clebre fue el descubrimiento de la composicin del agua. Afirmaba que el agua

est compuesta por aire deflogistizado (oxgeno) unido al flogist (hidrgeno). Es autor del

tratado Factitious Airs ("Sobre el Aire Ficticio") en el que analiza la composicin del aire.

Joshehp Priestley (1733-1804), Durante sus experimentos en 1774, descubri el oxgeno y

describi su funcin en la combustin y en la respiracin. Tambin aisl y describi las

propiedades de muchos otros gases, como el amonaco, xido nitroso, dixido de

azufre y monxido de carbono. Antoine Lavoisier, este autor es considerado como el padre de

la Qumica Moderna, incursion en varios aspectos con relacin a la cuantificacin de la

qumica, lo que actualmente llamamos Qumica Analtica, En las investigaciones de Lavoisier

incluyeron algunos de los primeros experimentos qumicos de estequiometria. Con el

equipamiento que contaba en aquella poca pesaba cuidadosamente los reactivos y productos

de una reaccin qumica en un recipiente de vidrio sellado, siendo crucial en el avance de la

qumica, demostr que en una reaccin, la cantidad de materia siempre es la misma al final y

al comienzo de la reaccin. Estos experimentos proporcionaron pruebas para la LEY DE

CONSERVACIN DE LA MATERIA, tambin investig la composicin del AGUA y denomin a sus

componentes OXGENO E HIDRGENO.

Con este avance sustancial en el estudia de la qumica, en el siglo XIX, se genera una cantidad

importante de estudios sobre las relaciones cuantitativas entre los elementos de los

compuestos conocidos hasta ese momento. Se desarrollan varias leyes que se denominan

posteriormente LEYES PONDERALES DE LA MATERIA. Los trabajos ms relevantes fueron los

de Proust y Dalton. Louis Proust entre 1794 y 1808 realiz numerosos experimentos en los que

estudia la composicin de diferentes carbonatos, entre los que se menciona el de cobre, el

xido de estao y los sulfuros, descubre que la proporcin de cada uno de los componentes

de la sustancia se mantena constante en el compuesto final una vez que se produce una

reaccin qumica y no adquiere ningn valor intermedio, independientemente de su origen o

3 Antoine-Laurent de Lavoisier, Trait lmentaire de Chimie 1768.

4 Vivimos en el fondo de un ocano del elemento aire, el cual, mediante una experiencia incuestionable, se demuestra

que tiene peso.

en las condiciones de la reaccin qumica. As, dos compuestos diferiran entre s en funcin de

las proporciones de elementos bsicos, sin apreciarse composiciones intermedias o mixtas, por

ejemplo el Cu2CO3, carbonato de cobre (I) y el CuCO3, carbonato de cobre (II). Lo que lo llevan

a enunciar la LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS O CONSTANTES (Ley de Proust),

posteriormente junto con la LEY DE CONSERVACIN DE LA MASA de Lavoisier y la de las

PROPORCIONES MLTIPLES de Dalton, es decir se inicia de forma oficial la Qumica como

ciencia exacta y que permite ser cuantificada, lo que abre el campo al concepto de

COMPUESTO QUIMICO y los primeros pasos para la Teora Atmica de Dalton5.

1.- Enunciado de la Ley de Proust.

Observ que las cantidades relativas de los elementos constitutivos de un compuesto

permanecen constantes, independientemente del origen de ese compuesto. Con este

enunciado, apoyaba la Ley de las proporciones mltiples de John Dalton Cuando dos o ms

elementos se combinan para dar ms de un compuesto, una masa variable de uno de ellos se

une a una masa fija del otro, y la primera tiene como relacin nmeros cannicos e indistintos

y contradeca las conclusiones de Claude Louis Berthollet6, quien defenda que las

proporciones en la que se combinaban los elementos en un compuesto dependan de su

SINTESIS.

2.- Enunciado de la Ley de Conservacin de la Masa.

La ley de conservacin de la masa tambin denominada ley de conservacin de la materia o ley

de Lomonsov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue

elaborada independientemente por Mijal Lomonsov (1954) y por Antonie Lavoisier (1785). Se

puede enunciar; En una reaccin qumica ordinaria la masa permanece constante, es decir, la

masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos. Una salvedad

que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa s

se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la

equivalencia entre masa y energa. Esta ley es fundamental para una adecuada comprensin

de la qumica.

3.- Ley de la Proporciones Mltiples.

La ley de las proporciones mltiples fue enunciada por John Dalton (1803), y es una importante

ley estequiomtrica. Fue demostrada en la prctica por el qumico francs Gay-Lussac.

Esta ley indica que cuando dos elementos A y B, son capaces de combinarse entre s para

formar varios compuestos distintos, las distintas masas de B que se unen a una cierta masa de

A, estn en relacin de nmeros enteros y sencillos.

Esta ley ponderal, fue la ltima en enunciarse. Dalton observ y estudi un fenmeno del que

Proust (el qumico que enunci la ley de las proporciones constantes) no se haba percatado, y

5 John Dalton, 1766-1844.

6 Parece que Berthollet no estaba del todo equivocado, al existir excepciones a la ley de Proust: son los

llamados compuestos no estequiomtricos obertlidos, en los que las proporciones entre los distintos

elementos varan debido a su estructura cristalogrfica.

es que algunos elementos se combinan entre s en distintas proporciones para originar

compuestos distintos, debido a lo que hoy se conoce como los diferentes estados de oxidacin

de un elemento, que es lo que le permite combinarse en diferentes proporciones con otro

elemento. Lo que Dalton observ es que estas diferentes proporciones guardan una relacin

entre s.

4.- Ley de las proporciones equivalentes.

Richter (1792), plantea la Ley de las proporciones equivalentes, misma que fue completada

varios aos ms tarde por el qumico alemn Wenzel (1740-1793). Esta Ley conduce a fijar a

cada elemento que se toma como tipo de referencia. Los pesos equivalentes de un elemento

(o compuesto) es la cantidad del mismo que se combina o reemplaza equivale qumicamente-

a 8,000 partes de oxgeno o 1,008 partes de hidrgeno, se denomina tambin equivalente

qumico. Los pesos de dos elementos que reaccionan con un peso fijo de un tercer elemento,

reaccionan entre s segn una relacin de nmeros enteros de dichos pesos.

Teora atmica de Dalton.

Constituye el primer modelo atmico que pretende explicar con bases cientficas y por primera

vez por qu las sustancias qumicas reaccionan en proporciones estequiometrias fijas, y la

razn de que cuando dos sustancias reaccionan para formar los compuestos (dos o ms)

diferentes estas relaciones son nmeros enteros tal como se indica en la Ley de las

Proporciones mltiples. Con la finalidad de explicar lo mencionado si se coloca en un reactor

12 gramos de carbono (C(s), pueden reaccionar con 16 gramos de oxgeno (O2(g)) para formar

monxido de carbono (CO(g)).

La Teora fue formulada por una serie de enunciados:

La materia est formada por partculas muy pequeas llamadas tomos, que son

indivisibles y no se pueden destruir.

Los tomos de un mismo elemento son iguales entre s, tienen el mismo peso e iguales

propiedades. Los tomos de diferentes elementos tienen peso diferente. Comparando

el peso de los elementos con los del hidrgeno tomado como la unidad propuso el

concepto de peso atmico relativo.

Los tomos permanecen sin divisin, aun cuando se combinen en las reacciones

qumicas.

Los tomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.

Los tomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y

formar ms de un compuesto.

Los compuestos qumicos se forman al unirse tomos de dos o ms elementos

distintos.

En otras palabras, la materia est formada por partculas muy pequeas llamadas tomos, los

cuales no son divisibles, no se crean ni se destruyen en ninguna reaccin qumica. Los tomos

de un mismo elemento son iguales entre s, tienen la misma masa y dimensiones. Los tomos

de elementos diferentes son diferentes, stos pueden combinarse para formar otras

molculas.