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La materia y los cambios químicos. Teoría
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TEMA 2 FÍSICA Y QUÍMICA
La materia y los cambios químicos. Teoría
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TEMA 2 FÍSICA Y QUÍMICA
1. La Materia
La materia es de lo que están hechas las cosas, presenta muchos aspectos diferentes,
formando los distintos cuerpos materiales que están a nuestro alrededor.
La materia es todo lo que tiene masa y ocupa volumen.
Todas la materia presenta unas propiedades comunes: el volumen y la masa, con
independencia de la sustancia de que este formada, por lo que estas propiedades
reciben el nombre de propiedades generales de la materia.
Por el contrario, existen otras propiedades que dependen de la naturaleza de la
sustancia: como la densidad, temperatura, dureza, color, sabor, etc.… y reciben el
nombre de propiedades específicas de la materia.
1.1. Propiedades generales de la materia
Masa
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y se mide en kilogramos (kg)
Para hallar la masa de cualquier objeto hay que utilizar un instrumento de medida
adecuado: la balanza, de las cuales hay muchos tipos.
Volumen
El volumen es la proporción del espacio que ocupa un cuerpo.
Toda la materia ocupa un lugar en el espacio, para medir el volumen de un cuerpo,
podemos usar instrumentos de medida como probetas, matraces, vasos graduados y
pipetas….
1.2. Propiedades específicas de la materia
Densidad
La densidad es la masa que contiene la unidad de volumen de un cuerpo.
Se expresa mediante la fórmula:
𝑑 = 𝑚
𝑣
Donde m es la masa y v el volumen. Sus unidades son Kg/m3.
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La densidad permite distinguir entre sustancias más densas como el plomo o menos
densas como el corcho. El agua tiene una densidad de 1000 Kg/m3. Todas las
sustancias que tienen una densidad menor que el agua pueden flotar en agua.
Temperatura
Es una propiedad relacionada con la cantidad de calor que tiene un cuerpo. Un cuerpo
caliente cede calor, mientras que uno frio lo absorbe.
Para medir la temperatura, utilizamos termómetros que emplean la llamada escala
centígrada o Celsius. En esta escala, la unidad es el grado centígrado (º C)
El 0 º C es la temperatura de fusión del agua a la presión de 1 atm.
El 100 º C es la temperatura de ebullición del agua a la presión de 1 atm.
En el Sistema Internacional la temperatura se expresa en grados Kelvin. La equivalencia
entre las dos escalas es:
K = º C + 273
2.- Estados de agregación de la materia Todos los cuerpos están formados por materia, por ello tienen masa y ocupan un
volumen determinado.
La materia puede presentarse en cuatro estados de agregación: sólido, líquido,
gaseoso y plasma.
Una misma sustancia puede encontrarse en un estado u otro, dependiendo de las
condiciones de presión y temperatura.
Cada estado de la materia presenta unas propiedades observables de forma directa:
Practica con la balanza
Es lo mismo peso que masa
juega con las medidas
Transmisión del calor por conducción
Transmisión del calor por convección
densidad
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Las propiedades de los estados de la materia
SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO
Prácticamente
incompresible
Prácticamente
incompresible
Compresible
Forma compacta y
definida
Forma no definida Adopta la forma del
recipiente que lo
contiene
Volumen constante Volumen constante Ocupa todo el volumen
disponible
Densidad elevada Densidad elevada (pero
menor que la del sólido)
Densidad baja
Fluidez nula Fluidez media Fluidez elevada
3.- Cambios de estado
Las sustancias pueden cambiar, estos cambios pueden ser físicos (cambios de estado)
o químicos (reacciones químicas)
Se denomina cambios de estado a los procesos mediante los cuales la materia pasa de
un estado a otro. Son los siguientes:
• La fusión (cambio del estado sólido al líquido).
• La solidificación (cambio del estado líquido al sólido).
• La vaporización (cambio del estado líquido al gaseoso).
• La condensación (cambio del estado gaseoso al líquido).
• La sublimación progresiva (cambio del estado sólido al gaseoso).
• La sublimación regresiva (cambio del estado gaseoso al sólido).
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Los cambios de estado son reversibles, pueden producirse tanto en un sentido como
en el contrario invirtiendo las condiciones
Todos los cambios de estado son cambios físicos, ya que no alteran la naturaleza de la
materia, y dependen fundamentalmente de las condiciones de presión y temperatura
a las que la materia esté sometida.
Para que se produzca un cambio de estado debe haber una transferencia de energía
entre la materia y el medio. El cambio de estado es endotérmico cuando la materia
absorbe energía del medio y es exotérmico cuando la libera. La fusión, la vaporización
y la sublimación progresiva son cambios de estado endotérmicos. En cambio, la
solidificación, la condensación y la sublimación regresiva son cambios de estado
exotérmicos.
La transferencia de energía en los cambios de estado
ENDOTÉRMICOS EXOTÉRMICOS
Se absorbe calor del medio Se libera calor al medio
Fusión
Vaporización
Sublimación progresiva
Solidificación
Condensación
Sublimación regresiva
Para cada sustancia existe una temperatura especial (a presión normal = 1 atm) a la
que se produce el paso de un estado a otro: se denomina temperatura o punto de
cambio de estado y es una propiedad intensiva de las sustancias.
Mientras este se lleva a cabo, la temperatura permanece constante en ese valor.
Por ejemplo, el punto de ebullición del agua es de 100 ºC, pues a esta temperatura el
agua líquida pasa al estado gaseoso. Mientras haya agua líquida transformándose en
vapor, la temperatura se mantendrá constante en 100 ºC.
http://www.fisica-quimica-secundaria-bachillerato.es/materia_interactiva.htm
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/
estados/solido.htm
http://www.educaplus.org/play-259-Cambios-de-estado-del-agua.html
curva de calentamiento del agua
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4.- SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS
Sustancia es cada una de las diversas clases de materia que existen en la naturaleza.
Podemos clasificar las sustancias que nos encontramos a nuestro alrededor según la
cantidad de elementos que contienen y la organización de estos.
4.1.- Sustancias Puras
Son sustancias constituidas por un único componente y propiedades físicas
características. Algunas de estas propiedades son: El color, la densidad, el sabor, la
temperatura de ebullición, etc…
A su vez las sustancias puras pueden ser sustancias simples, formados por un único
tipo de átomos (elemento) como un anillo de oro y compuestos formadas por varios
tipos de átomos como el agua.
Ejemplos de sustancias puras
Sustancia simple: Oro (Au) Compuesto: agua (H2O)
4.2.- Mezclas
En la naturaleza la mayoría de las sustancias puras se encuentran mezcladas con otras.
Una mezcla es un sistema formado por dos o más sustancias, las cuales conservan sus
propiedades y no reaccionan entre sí. Los componentes de las mezclas pueden ser
sólidos, líquidos o gaseosos.
Algunos ejemplos de mezclas son: el aire, muchas rocas, la leche, el café, la mayonesa,
la salsa vinagreta, la crema de manos y el champú, entre muchas otras.
La clasificación de las mezclas
Las mezclas pueden ser de dos tipos: heterogéneas y homogéneas.
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Las mezclas heterogéneas no son uniformes, los distintos componentes se
pueden apreciar a simple vista o con la ayuda de una lupa, y presentan distintas
propiedades según la porción que se considere de ellas. Algunos ejemplos de
mezclas heterogéneas son: la madera, el granito, el mármol y la mayoría de las
rocas, la sopa de verduras, las ensaladas y las macedonias de frutas.
Ejemplos de mezclas heterogéneas
Granito Ensalada Cereales con leche y fruta
Los coloides son un tipo especial de mezclas heterogéneas formadas por dos o
más sustancias, cuyas partículas tienen un tamaño muy pequeño y no son visibles
directamente. Por ello, la mezcla tiene un aspecto uniforme a simple vista y es más
difícil de apreciar la variación de las propiedades.
Son coloides el plasma sanguíneo, el suero de la leche, la mayonesa y la gelatina.
Mezcla heterogénea: Coloide
leche Sangre
Por otro lado, las mezclas homogéneas o disoluciones son aquellas que
presentan una uniformidad en toda su masa, de modo que los componentes no
son identificables a simple vista ni tampoco con un microscopio potente porque
las partículas se encuentran subdivididas hasta el tamaño de sus moléculas o
iones. Esto hace que la composición y las propiedades de las disoluciones sean
iguales en todos los puntos de la mezcla.
Algunos ejemplos de disoluciones son: el aire y el agua de mar.
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Ejemplos de mezclas homogéneas o disoluciones
Agua del mar Aire
Las mezclas homogéneas también reciben el nombre de disoluciones. Aunque existen
disoluciones en todos los estados (gaseosas, sólidas y líquidas), las más comunes y
utilizadas son las líquidas.
En una disolución se distinguen: el disolvente, que es el componente mayoritario, y
el soluto, que es el minoritario y se encuentra disperso en el disolvente. Por ejemplo,
en una disolución de sal común en agua, el agua es el disolvente mientras que la sal es
el soluto.
Algunos sólidos también pueden formar disoluciones entre sí, que reciben el nombre
de aleaciones. Estas se obtienen fundiendo los sólidos (generalmente metales),
mezclándolos bien en estado líquido, y enfriando la disolución hasta que se
solidifica. Son ejemplos de aleaciones el acero (hierro y carbono), el latón (cobre y
cinc) y el bronce (cobre y estaño).
La cantidad de soluto que hay en una disolución se mide mediante la concentración.
Una disolución poco concentrada (con poco soluto) está más diluida que una de mayor
concentración (con mucho soluto).
Para expresar la concentración suele indicarles la cantidad de soluto que está presente
en una cierta cantidad de disolución. Se suele emplear las siguientes unidades:
Gramos por litro (g/L): Indica los gramos de soluto en un litro de disolución
Tanto por ciento en masa: indica qué porcentaje de la masa total de la
disolución es soluto.
Tanto por ciento en volumen: indica que porcentaje del volumen total de la
disolución es soluto.
Como es el proceso de disolución
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5.- TECNICAS DE SEPARACIÓN DE MECLAS
Existen numerosos procedimientos que nos permiten separar los componentes de una
mezcla. Estos métodos se basan en las propiedades de los componentes que forman
las mezclas.
5.1. La separación de mezclas heterogéneas La filtración: permite separar un líquido de un sólido mediante un filtro, que
puede consistir en una lámina o papel poroso. El líquido pasa a través del filtro,
mientras que el sólido queda retenido. Se suele utilizar para eliminar las
impurezas del agua en el proceso de potabilización.
La sedimentación: permite separar dos sustancias basándose en sus distintas
densidades. Se deja reposar la mezcla para que el componente más denso se
deposite en el fondo. Suele usarse para separar las partículas en suspensión en
un líquido.
La decantación: se aplica a las mezclas de dos líquidos de diferente
densidad. Se emplea un embudo de decantación que permite extraer el líquido
más denso por la parte inferior.
La separación magnética: permite separar los componentes que presentan
propiedades magnéticas. Se emplea un imán. Se suele usar en las plantas de
Reciclaje de residuos para separar los residuos ferrosos del resto.
Filt
Filtración Decantación Separación Magnética
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5.2. La separación de mezclas homogéneas
Para separar los componentes de una mezcla homogénea, se pueden utilizar técnicas
como las siguientes:
La cristalización: consiste en hacer precipitar las partículas de un sólido disuelto en
un líquido. Se puede hacer añadiendo un pequeño cristal a una disolución saturada
o por evaporación del líquido, ya sea a temperatura ambiente o calentando la
disolución hasta que todo el líquido se evapore, si bien en este caso no hay
cristalización, sino precipitación amorfa.
La destilación: cuando en una mezcla uno de los componentes es más volátil que
otro, se añade calor y el componente más volátil se convierte en vapor, que pasa a
través de un tubo refrigerante y vuelve a obtenerse en estado líquido.
La cromatografía: es un método que se basa en la diferente capacidad que
presentan los componentes de una mezcla gaseosa o líquida para adherirse a unas
superficies adsorbentes sólidas o líquidas. Cada una de las sustancias de la
disolución avanza por dichas superficies a una velocidad diferente, por lo que tras
cierto tiempo circulando por las mismas quedan separadas.
Cristalización
Destilación
Métodos de separación de mezclas interactivos
Jclic sobre mezclas y separaciones
Ejercicios sobre mezclas (Junta de Extremadura) muy simple
Texteando Juego sobre sustancias
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Cromatografía
6.- Cambios químicos. Reacción química
Una reacción química es el proceso por el cual dos o más sustancias llamadas
reactivos se transforman en otras distintas, denominadas productos.
Esta transformación se lleva a cabo mediante una reorganización de los átomos, que
consiste en la destrucción de los enlaces existentes entre los átomos de los reactivos y
la formación de otros nuevos que dan lugar a los productos. La ruptura y formación de
enlaces está asociada a la absorción y liberación de energía. Por ello, en toda reacción
química hay un intercambio de energía con el medio.
Cuando se quema un papel se produce una reacción química denominada combustión
en la que se libera calor.
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Las reacciones químicas se describen mediante ecuaciones químicas en las que los
reactivos se escriben a la izquierda y los productos a la derecha, separados por una
flecha que indica la dirección en que avanza la reacción.
Toda ecuación química debe estar ajustada, es decir, debe haber el mismo número de
átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos. Para ajustar
una ecuación química, se colocan coeficientes estequiométricos delante de las
fórmulas de las sustancias.
Observa que el coeficiente delante del oxígeno (1) no se escribe porque se entiende
que la fórmula de la sustancia ya representa a una unidad de la misma. La ecuación
está ajustada ya que hay 4 átomos de hidrógeno y dos de oxígeno tanto a la izquierda
como a la derecha.
7.- Química en la sociedad y el medioambiente
La química está presente en todos los ámbitos de la vida. en los seres vivos y en la
industria moderna. Existen varios tipos de industrias químicas que elaboran productos
tan diversos como papel, porcelana, vidrio, todo tipo de plásticos, medicamentos y
fibras textiles, entre otros.
En este vídeo encontrarás más aportes de la química a todos los ámbitos de la
vida [ver].
http://www.edu.xunta.es/centros/ieschapela/system/files/reaccion%20quimica.swf
http://www.lamanzanadenewton.com/materiales/mat_main.html
http://fisicayquimicaenflash.es/eso/3eso/calculos/calculos01.html
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La evolución de la industria química a lo largo de la historia ha contribuido en gran
medida al desarrollo de la humanidad pero también ha ocasionado y ocasiona efectos
negativos, la contaminación. Los principales problemas ambientales que provocan la
industria son el efecto invernadero, la contaminación del agua y el suelo, la
destrucción de la capa de ozono y la lluvia ácida.
Video contaminación agua, video contaminación del suelo
No podemos vivir sin química pero es necesario mejorar los procesos industriales para
minimizar las emisiones al aire y al agua, incrementar la eficacia energética, disminuir
el uso y el desperdicio del agua, aumentar el reciclaje y utilizar los recursos naturales
de forma más sensata.
En el futuro, las fuentes de energía renovables serán de uso común. Los químicos ya
investigan, por ejemplo, la obtención de nuevos carburantes más ecológicos y
eficientes, como las pilas de combustible, que transforman hidrógeno y aire en
energía eléctrica y vapor y agua. Estas y otras investigaciones tendrán un importante
papel en el futuro para reducir las emisiones en todo el planeta.
